Մետաղների էլեկտրաքիմիական աղյուսակ. Ժամանակակից նյութերի աշխարհը՝ մետաղների լարման էլեկտրաքիմիական շարք

Բաժիններ: քիմիա, Մրցույթ «Դասի ներկայացում»

Դասարան: 11

Ներկայացում դասի համար

Հետ առաջ

Ուշադրություն. Սլայդի նախադիտումը միայն տեղեկատվական նպատակների համար է և կարող է չներկայացնել ներկայացման ամբողջ ծավալը: Եթե ​​դուք հետաքրքրված եք այս աշխատանքով, խնդրում ենք ներբեռնել ամբողջական տարբերակը:

Նպատակներ և նպատակներ.

• Ուսուցողական:Մետաղների քիմիական ակտիվության դիտարկում՝ հիմնվելով պարբերական աղյուսակի դիրքի վրա D.I. Մենդելեևը և մետաղների էլեկտրաքիմիական լարման շարքում։
• Զարգացող:Նպաստել լսողական հիշողության զարգացմանը, տեղեկատվությունը համեմատելու, տրամաբանորեն մտածելու և ընթացող քիմիական ռեակցիաները բացատրելու կարողությանը:
• Ուսումնական:Հմտություն ձևավորելը ինքնուրույն աշխատանք, կարծիքը ողջամտորեն արտահայտելու և դասընկերներին լսելու կարողությունը երեխաների մեջ սերմանում ենք հայրենասիրության զգացում և հայրենակիցների մեջ հպարտություն։

Սարքավորումներ:ԱՀ մեդիա պրոյեկտորով, անհատական ​​լաբորատորիաներ քիմիական ռեագենտների հավաքածուով, մետաղների բյուրեղյա ցանցերի մոդելներ։

Դասի տեսակըտեխնոլոգիայի օգտագործումը քննադատական ​​մտածողության զարգացման համար:

Դասերի ժամանակ

Ի. Մարտահրավեր փուլ.

Թեմայի վերաբերյալ գիտելիքների ակտուալացում, ճանաչողական գործունեության զարթոնք:

Բլեֆի խաղ. «Դուք հավատում եք, որ ...»: (Սլայդ 3)

1. PSCE-ում մետաղները զբաղեցնում են վերին ձախ անկյունը։
2. Բյուրեղներում մետաղի ատոմները կապված են մետաղական կապով:
3. Մետաղների վալենտային էլեկտրոնները սերտորեն կապված են միջուկի հետ։
4. Հիմնական ենթախմբերի (A) մետաղները սովորաբար ունեն 2 էլեկտրոն արտաքին մակարդակում։
5. Վերևից վար խմբում նկատվում է մետաղների վերականգնող հատկությունների աճ։
6. Թթուների և աղերի լուծույթներում մետաղի ռեակտիվությունը գնահատելու համար բավական է նայել մետաղների լարումների էլեկտրաքիմիական շարքը։
7. Թթուների և աղերի լուծույթներում մետաղի ռեակտիվությունը գնահատելու համար բավական է դիտել D.I. Մենդելեևը

Հարց դասարանին.Ի՞նչ է նշանակում մուտքը: Me 0 - ne -\u003e Me + n(Սլայդ 4)

Պատասխան. Me0 - վերականգնող նյութ է, ինչը նշանակում է, որ այն փոխազդում է օքսիդացնող նյութերի հետ: Հետևյալները կարող են հանդես գալ որպես օքսիդիչներ.

1. Պարզ նյութեր (+ O 2, Cl 2, S ...)
2. Բարդ նյութեր (H 2 O, թթուներ, աղի լուծույթներ ...)

II. Հասկանալով նոր տեղեկատվություն.

Որպես մեթոդական տեխնիկա, առաջարկվում է կազմել հղման սխեմա:

Հարց դասարանին.Ո՞ր գործոններն են ազդում մետաղների վերականգնող հատկությունների վրա: (Սլայդ 5)

Պատասխան.Դ.Ի. Մենդելեևի պարբերական աղյուսակի դիրքից կամ մետաղների լարման էլեկտրաքիմիական շարքի դիրքից։

Ուսուցիչը ներկայացնում է հասկացությունները. քիմիական ակտիվություն և էլեկտրաքիմիական ակտիվություն.

Նախքան բացատրությունը սկսելը երեխաներին առաջարկվում է համեմատել ատոմների ակտիվությունը Դեպիև Լիդիրքը պարբերական աղյուսակում D.I. Մենդելեևը և այդ տարրերից առաջացած պարզ նյութերի ակտիվությունը՝ ըստ մետաղական լարումների էլեկտրաքիմիական շարքում իրենց դիրքի։ (Սլայդ 6)

Հակասություն կա.Համաձայն PSCE-ում ալկալիական մետաղների դիրքի և ենթախմբի տարրերի հատկությունների փոփոխության օրինաչափությունների համաձայն՝ կալիումի ակտիվությունն ավելի մեծ է, քան լիթիումինը։ Լարման շարքում դիրքի առումով լիթիումը ամենաակտիվն է։

Նոր նյութ.Ուսուցիչը բացատրում է քիմիական և էլեկտրաքիմիական ակտիվության տարբերությունը և բացատրում է, որ լարումների էլեկտրաքիմիական շարքը արտացոլում է մետաղի կարողությունը վերածվել հիդրացված իոնի, որտեղ մետաղի ակտիվության չափանիշը էներգիան է, որը բաղկացած է երեք տերմիններից (ատոմացման էներգիա, իոնացում էներգիա և խոնավացման էներգիա): Նյութը գրում ենք նոթատետրում։ (Սլայդներ 7-10)

Միասին գրել նոթատետրում եզրակացություն.Որքան փոքր է իոնի շառավիղը, այնքան մեծ է դրա շուրջ էլեկտրական դաշտը ստեղծվում, այնքան ավելի շատ էներգիա է արտազատվում հիդրացիայի ընթացքում, հետևաբար՝ ռեակցիաներում այս մետաղի նվազող հատկությունները:

Պատմության հղում.ուսանողի ներկայացում Բեկետովի կողմից մետաղների տեղաշարժի շարքի ստեղծման վերաբերյալ: (Սլայդ 11)

Մետաղների էլեկտրաքիմիական լարման շարքի գործողությունը սահմանափակվում է միայն մետաղների էլեկտրոլիտային լուծույթներով (թթուներ, աղեր) ռեակցիաներով։

Հիշեցում.

1. Մետաղների վերականգնող հատկությունները նվազում են ջրային լուծույթներում ստանդարտ պայմաններում (250°C, 1 ատմ.) ռեակցիաների ժամանակ.
2. Ձախ կողմում գտնվող մետաղը մետաղը տեղաշարժում է լուծույթի մեջ գտնվող դրանց աղերից աջ.
3. Մետաղները, որոնք դիմացկուն են ջրածին, այն տեղահանում են լուծույթի թթուներից (բացառությամբ՝ HNO3);
4. Ես (Ալ) + H 2 O -> ալկալի + H 2
   Այլ Me (մինչև H 2) + H 2 O -> օքսիդ + H 2 (կոշտ պայմաններ)
   Ես (H 2-ից հետո) + H 2 O -> չեն արձագանքում

(Սլայդ 12)

Երեխաներին տրվում են նշումներ.

Գործնական աշխատանք.«Մետաղների փոխազդեցությունը աղի լուծույթների հետ» (Սլայդ 13)

Անցում կատարեք.

• CuSO4 —> FeSO4
• CuSO4 —> ZnSO4

Պղնձի և սնդիկի (II) նիտրատի լուծույթի փոխազդեցության փորձի ցուցադրում:

III. Մտորում, խորհրդածություն։

Կրկնում ենք՝ որ դեպքում ենք օգտագործում պարբերական աղյուսակը, և որ դեպքում անհրաժեշտ է մետաղական լարումների շարք։ (Սլայդներ 14-15).

Մենք վերադառնում ենք դասի սկզբնական հարցերին. Էկրանի վրա ընդգծում ենք 6-րդ և 7-րդ հարցերը, վերլուծում ենք, թե որ պնդումը ճիշտ չէ: Էկրանի վրա - բանալին (ստուգեք առաջադրանքը 1): (Սլայդ 16).

Ամփոփելով դասը:

• Ի՞նչ ես սովորել։
• Ո՞ր դեպքում է հնարավոր օգտագործել մետաղների էլեկտրաքիմիական լարման շարքը.

Տնային աշխատանք(Սլայդ 17)

1. Կրկնել «ՊՈՏԵՆՑԻԱԼ» հասկացությունը ֆիզիկայի կուրսից;
2. Ավարտեք ռեակցիայի հավասարումը, գրեք էլեկտրոնային հաշվեկշռի հավասարումները. Cu + Hg (NO 3) 2 →
3. Հաշվի առնելով մետաղները ( Fe, Mg, Pb, Cu)- առաջարկել փորձեր, որոնք հաստատում են այդ մետաղների գտնվելու վայրը լարման էլեկտրաքիմիական շարքում:

Գնահատում ենք բլեֆ խաղի արդյունքները, տախտակի մոտ աշխատանք, բանավոր պատասխաններ, հաղորդակցություն, գործնական աշխատանք։

Օգտագործված գրքեր.

1. Օ.Ս. Գաբրիելյան, Գ.Գ. Լիսովա, Ա.Գ. Վվեդենսկայա «Ձեռնարկ ուսուցչի համար. Քիմիա 11-րդ դասարան, մաս II «Դրոֆա հրատարակչություն.
2. Ն.Լ. Գլինկա ընդհանուր քիմիա.

Բոլոր մետաղները, կախված իրենց ռեդոքսային ակտիվությունից, միավորվում են մի շարքի մեջ, որը կոչվում է մետաղների էլեկտրաքիմիական լարման շարք (քանի որ դրանում մետաղները դասավորված են ստանդարտ էլեկտրաքիմիական պոտենցիալների մեծացման կարգով) կամ մետաղների ակտիվության շարք.

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H 2, Cu, Hg, Ag, Рt, Au

Առավել ռեակտիվ մետաղները ակտիվության կարգով են մինչև ջրածինը, և որքան ձախ կողմում է գտնվում մետաղը, այնքան ավելի ակտիվ է: Ակտիվության շարքում ջրածնի կողքին գտնվող մետաղները համարվում են ոչ ակտիվ:

Ալյումինե

Ալյումինը արծաթափայլ սպիտակ գույն է։ Ալյումինի հիմնական ֆիզիկական հատկություններն են թեթևությունը, բարձր ջերմային և էլեկտրական հաղորդունակությունը: Ազատ վիճակում, երբ ենթարկվում է օդի, ալյումինը ծածկված է ուժեղ օքսիդային թաղանթով Al 2 O 3 , որն այն դարձնում է դիմացկուն խտացված թթուների նկատմամբ։

Ալյումինը պատկանում է p-ընտանիքի մետաղներին։ Արտաքինի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա էներգիայի մակարդակը– 3s 2 3p 1 . Իր միացություններում ալյումինը ցուցադրում է «+3» հավասար օքսիդացման վիճակ։

Ալյումինը ստացվում է այս տարրի հալած օքսիդի էլեկտրոլիզով.

2Al 2 O 3 \u003d 4Al + 3O 2

Սակայն արտադրանքի ցածր եկամտաբերության պատճառով ավելի հաճախ օգտագործվում է Na 3 և Al 2 O 3 խառնուրդի էլեկտրոլիզի միջոցով ալյումինի ստացման եղանակը։ Ռեակցիան ընթանում է մինչև 960C տաքացնելիս և կատալիզատորների՝ ֆտորիդների (AlF 3, CaF 2 և այլն) առկայության դեպքում, մինչդեռ ալյումինը ազատվում է կաթոդում, իսկ թթվածինը` անոդում:

Ալյումինը ի վիճակի է փոխազդել ջրի հետ օքսիդ թաղանթն իր մակերեսից (1) հեռացնելուց հետո, փոխազդել պարզ նյութերի (թթվածին, հալոգեններ, ազոտ, ծծումբ, ածխածին) (2-6), թթուների (7) և հիմքերի (8) հետ.

2Al + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2 (1)

2Al + 3 / 2O 2 \u003d Al 2 O 3 (2)

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3 (3)

2Al + N 2 = 2AlN (4)

2Al + 3S \u003d Al 2 S 3 (5)

4Al + 3C \u003d Al 4 C 3 (6)

2Al + 3H 2 SO 4 \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 (7)

2Al + 2NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na + 3H 2 (8)

Կալցիում

Իր ազատ տեսքով Ca-ն արծաթափայլ սպիտակ մետաղ է։ Երբ ենթարկվում է օդի, այն անմիջապես ծածկվում է դեղնավուն թաղանթով, որն օդի բաղկացուցիչ մասերի հետ նրա փոխազդեցության արդյունք է: Կալցիումը բավականին կոշտ մետաղ է, ունի խորանարդ դեմքի կենտրոնացված բյուրեղյա վանդակ:

Արտաքին էներգիայի մակարդակի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան 4s 2 է: Իր միացություններում կալցիումը ցուցադրում է «+2» հավասար օքսիդացման վիճակ։

Կալցիումը ստացվում է հալած աղերի, առավել հաճախ քլորիդների էլեկտրոլիզով.

CaCl 2 \u003d Ca + Cl 2

Կալցիումը կարող է լուծվել ջրում հիդրօքսիդների ձևավորմամբ, որոնք ցուցաբերում են ուժեղ հիմնական հատկություններ (1), արձագանքում են թթվածնի հետ (2), ձևավորում օքսիդներ, փոխազդում են ոչ մետաղների հետ (3-8), լուծվում են թթուներում (9).

Ca + H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + H 2 (1)

2Ca + O 2 \u003d 2CaO (2)

Ca + Br 2 \u003d CaBr 2 (3)

3Ca + N 2 \u003d Ca 3 N 2 (4)

2Ca + 2C = Ca 2 C 2 (5)

2Ca + 2P = Ca 3 P 2 (7)

Ca + H 2 \u003d CaH 2 (8)

Ca + 2HCl \u003d CaCl 2 + H 2 (9)

Երկաթ և նրա միացությունները

Երկաթը մոխրագույն մետաղ է։ Իր մաքուր տեսքով այն բավականին փափուկ է, ճկուն և ճկուն։ Արտաքին էներգիայի մակարդակի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան 3d 6 4s 2 է: Իր միացություններում երկաթը ցուցադրում է «+2» և «+3» օքսիդացման վիճակներ։

Մետաղական երկաթը փոխազդում է ջրի գոլորշու հետ՝ առաջացնելով խառը օքսիդ (II, III) Fe 3 O 4:

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2

Օդում երկաթը հեշտությամբ օքսիդանում է, հատկապես խոնավության առկայության դեպքում (ժանգոտվում է).

3Fe + 3O 2 + 6H 2 O \u003d 4Fe (OH) 3

Ինչպես մյուս մետաղները, երկաթը փոխազդում է պարզ նյութերի հետ, օրինակ՝ հալոգենների հետ (1), լուծվում է թթուներում (2).

Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2 (2)

Երկաթը կազմում է միացությունների մի ամբողջ շարք, քանի որ այն ցուցադրում է մի քանի օքսիդացման վիճակներ՝ երկաթի (II) հիդրօքսիդ, երկաթի (III) հիդրօքսիդ, աղեր, օքսիդներ և այլն։ Այսպիսով, երկաթի (II) հիդրօքսիդը կարելի է ստանալ երկաթի (II) աղերի վրա ալկալիների լուծույթների ազդեցությամբ՝ առանց օդի մուտքի.

FeSO 4 + 2NaOH \u003d Fe (OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4

Երկաթի (II) հիդրօքսիդը լուծվում է թթուներում և թթվածնի առկայության դեպքում օքսիդացվում է երկաթի (III) հիդրօքսիդի։

Երկաթի (II) աղերը ցուցադրում են վերականգնող նյութերի հատկություններ և վերածվում են երկաթի (III) միացությունների:

Երկաթի օքսիդը (III) չի ստացվում թթվածնի մեջ երկաթի այրման միջոցով, այն ստանալու համար անհրաժեշտ է այրել երկաթի սուլֆիդները կամ կալցինացնել երկաթի այլ աղեր.

4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

2FeSO 4 \u003d Fe 2 O 3 + SO 2 + 3H 2 O

Երկաթի (III) միացությունները ցուցադրում են թույլ օքսիդացնող հատկություններ և կարող են ներթափանցել OVR-ի մեջ ուժեղ վերականգնող նյութերով.

2FeCl 3 + H 2 S \u003d Fe (OH) 3 ↓ + 3NaCl

Երկաթի և պողպատի արտադրություն

Պողպատներն ու չուգունները երկաթի համաձուլվածքներ են ածխածնի հետ, իսկ պողպատում ածխածնի պարունակությունը կազմում է մինչև 2%, իսկ չուգունում՝ 2-4%։ Պողպատներն ու չուգունները պարունակում են լեգիրող հավելումներ՝ պողպատներ՝ Cr, V, Ni, իսկ չուգունը՝ Si։

Գոյություն ունեն պողպատների տարբեր տեսակներ, ուստի, ըստ նշանակության, առանձնանում են կառուցվածքային, չժանգոտվող, գործիքային, ջերմակայուն և կրիոգեն պողպատները։ Ըստ քիմիական բաղադրության՝ առանձնանում են ածխածինը (ցածր, միջին և բարձր ածխածնային) և համաձուլվածքը (ցածր, միջին և բարձր լեգիրված)։ Կախված կառուցվածքից՝ առանձնանում են ավստենիտիկ, ֆերիտային, մարտենզիտային, մեռլիտային և բաինիտային պողպատները։

Պողպատները կիրառություն են գտել ազգային տնտեսության բազմաթիվ ոլորտներում, ինչպիսիք են շինարարությունը, քիմիական, նավթաքիմիական, շրջակա միջավայրի պահպանությունը, տրանսպորտային էներգիան և այլ ոլորտներ:

Կախված թուջում ածխածնի պարունակության ձևից՝ ցեմենտիտ կամ գրաֆիտ, ինչպես նաև դրանց քանակից, առանձնանում են չուգունի մի քանի տեսակներ՝ սպիտակ (կոտրվածքի բաց գույնը՝ ածխածնի առկայության պատճառով ցեմենտիտի տեսքով), մոխրագույն։ (կոտրվածքի մոխրագույն գույնը՝ գրաֆիտի տեսքով ածխածնի առկայության պատճառով)), ճկուն և ջերմակայուն։ Չուգունները շատ փխրուն համաձուլվածքներ են:

Չուգունի կիրառման ոլորտները լայնածավալ են՝ գեղարվեստական ​​զարդեր (ցանկապատեր, դարպասներ), մարմնի մասեր, սանտեխնիկա, կենցաղային իրեր (տապաներ) պատրաստված են չուգունից, այն օգտագործվում է ավտոմոբիլային արդյունաբերության մեջ։

Խնդիրների լուծման օրինակներ

ՕՐԻՆԱԿ 1

Զորավարժություններ	26,31 գ կշռով մագնեզիումի և ալյումինի համաձուլվածքը լուծվել է աղաթթվի մեջ։ Այս դեպքում բաց է թողնվել 31.024 լիտր անգույն գազ։ Որոշե՛ք մետաղների զանգվածային բաժինները համաձուլվածքում:
Լուծում	Երկու մետաղներն էլ ունակ են արձագանքելու աղաթթվի հետ, ինչի արդյունքում ջրածինը ազատվում է. Mg + 2HCl \u003d MgCl 2 + H 2 2Al + 6HCl \u003d 2AlCl 3 + 3H 2 Գտե՛ք բաց թողնված ջրածնի մոլերի ընդհանուր թիվը. v(H 2) \u003d V (H 2) / V մ v (H 2) \u003d 31,024 / 22,4 \u003d 1,385 մոլ Թող Mg նյութի քանակը լինի x mol, իսկ Al-ը՝ y mol: Այնուհետև, հիմնվելով ռեակցիայի հավասարումների վրա, մենք կարող ենք արտահայտություն գրել ջրածնի մոլերի ընդհանուր թվի համար. x + 1.5y = 1.385 Մետաղների զանգվածը խառնուրդում արտահայտում ենք. Այնուհետև խառնուրդի զանգվածը կհայտնվի հավասարմամբ. 24x + 27y = 26,31 Մենք ստացել ենք հավասարումների համակարգ. x + 1.5y = 1.385 24x + 27y = 26,31 Եկեք լուծենք. 33.24 -36y + 27y \u003d 26.31 v(Al) = 0.77 մոլ v(Mg) = 0.23 մոլ Այնուհետև խառնուրդի մեջ մետաղների զանգվածը. մ (մգ) \u003d 24 × 0,23 \u003d 5,52 գ մ(Ալ) \u003d 27 × 0,77 \u003d 20,79 գ Գտե՛ք խառնուրդի մետաղների զանգվածային բաժինները. ώ =m(Me)/m գումար ×100% ώ(Mg) = 5,52 / 26,31 × 100% = 20,98% ώ(Al) = 100 - 20.98 = 79.02%
Պատասխանել	Մետաղների զանգվածային բաժինները համաձուլվածքում՝ 20,98%, 79,02%

Ուշադրություն. Ստորև բերված նկարագրությունը տեղեկատու նյութ է, այն նշված չէ այս վինիլային աղյուսակում:

ՄԵՏԱՂՆԵՐԻ ԷԼԵԿՏՐԱՔԻՄԻԱՅԻ ՓՈՔՐ ԴԱՍԸՆԹԱՑ

Մենք արդեն ծանոթացել ենք ալկալիական մետաղների քլորիդների լուծույթների էլեկտրոլիզին և հալոցքների միջոցով մետաղների արտադրությանը։ Այժմ փորձենք մի քանի պարզ փորձեր՝ ուսումնասիրելու ջրային լուծույթների, գալվանական բջիջների էլեկտրաքիմիայի որոշ օրենքներ, ինչպես նաև ծանոթանալ պաշտպանիչ գալվանական ծածկույթների արտադրությանը։
Էլեկտրաքիմիական մեթոդները կիրառվում են ժամանակակից անալիտիկ քիմիայում և ծառայում են տեսական քիմիայի կարևորագույն մեծությունների որոշմանը։
Վերջապես, մետաղական առարկաների կոռոզիան, որը մեծ վնաս է հասցնում ազգային տնտեսությանը, շատ դեպքերում էլեկտրաքիմիական գործընթաց է։

ՄԵՏԱՂՆԵՐԻ լարման միջակայք

Էլեկտրաքիմիական գործընթացները հասկանալու հիմնական օղակը մետաղների լարման շարքն է: Մետաղները կարող են դասավորվել մի շարքով, որը սկսվում է ռեակտիվ և ավարտվում ամենաքիչ ռեակտիվ ազնիվ մետաղներով.
Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Mg, Al, Be, Mn, Zn, Cr, Ga, Fe, Cd, Tl, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, As, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.
Ահա այսպես, ըստ վերջին պատկերացումների, մի շարք լարումներ ամենակարևոր մետաղների և ջրածնի համար։ Եթե ​​գալվանական բջիջի էլեկտրոդները պատրաստված են անընդմեջ ցանկացած երկու մետաղից, ապա շարքում նախորդող նյութի վրա բացասական լարում կհայտնվի:
Լարման արժեքը ( էլեկտրաքիմիական ներուժ) կախված է տարրի դիրքից լարման շարքում և էլեկտրոլիտի հատկություններից։
Լարման շարքի էությունը մենք կհաստատենք մի քանի պարզ փորձերից, որոնց համար անհրաժեշտ է հոսանքի աղբյուր և էլեկտրական չափիչ գործիքներ։

Մետաղական ծածկույթներ, «ծառեր» և «սառցե նախշեր» առանց հոսանքի

Եկեք մոտ 10 գ բյուրեղային պղնձի սուլֆատ լուծենք 100 մլ ջրի մեջ և լուծույթի մեջ ընկղմենք պողպատե ասեղ կամ երկաթե թերթիկի կտոր։ (Խորհուրդ ենք տալիս նախ մաքրել արդուկը, որպեսզի փայլի բարակ զմրուխտ կտորով:) Կարճ ժամանակ անց արդուկը ծածկվելու է բաց թողնված պղնձի կարմրավուն շերտով: Ավելի ակտիվ երկաթը հեռացնում է պղնձը լուծույթից, երկաթը լուծվում է որպես իոններ, իսկ պղինձը ազատվում է որպես մետաղ: Գործընթացը շարունակվում է այնքան ժամանակ, քանի դեռ լուծույթը շփվում է երկաթի հետ։ Հենց պղինձը ծածկի երկաթի ամբողջ մակերեսը, այն գործնականում կդադարի։ Այս դեպքում ձևավորվում է բավականին ծակոտկեն պղնձե շերտ, այնպես որ պաշտպանիչ ծածկույթները հնարավոր չէ ստանալ առանց հոսանքի օգտագործման:
Հետևյալ փորձերում մենք ցինկի և կապարի անագի փոքր շերտերը կիջեցնենք պղնձի սուլֆատի լուծույթի մեջ: 15 րոպե հետո հանեք դրանք, ողողեք և հետազոտեք մանրադիտակի տակ։ Մենք կարող ենք տեսնել գեղեցիկ, սառույցի նմանվող նախշեր, որոնք արտացոլված լույսի ներքո կարմիր են և բաղկացած են ազատված պղնձից: Այստեղ էլ ավելի ակտիվ մետաղները պղինձը իոնայինից տեղափոխել են մետաղական վիճակ։
Իր հերթին, պղինձը կարող է տեղահանել մետաղները, որոնք ավելի ցածր են լարումների շարքում, այսինքն՝ ավելի քիչ ակտիվ: Պղնձի թերթիկի բարակ շերտի վրա կամ հարթեցված պղնձի մետաղալար(նախապես մակերեսը փայլեցնելով), քսեք մի քանի կաթիլ արծաթի նիտրատի լուծույթ: Անզեն աչքով հնարավոր կլինի նկատել ձևավորված սևավուն ծածկույթը, որն արտացոլված լույսի տակ մանրադիտակի տակ կարծես բարակ ասեղներ և բույսերի նախշեր են (այսպես կոչված՝ դենդրիտներ):
Ցինկն առանց հոսանքի մեկուսացնելու համար անհրաժեշտ է ավելի ակտիվ մետաղ օգտագործել։ Բացառելով մետաղները, որոնք դաժանորեն փոխազդում են ջրի հետ, մենք գտնում ենք մագնեզիում ցինկի բարձր լարումների շարքում: Մի քանի կաթիլ ցինկի սուլֆատի լուծույթ ենք դնում մագնեզիումի ժապավենի կամ էլեկտրոնի բարակ չիպի վրա։ ցինկի սուլֆատի լուծույթայն ստանում ենք նոսր ծծմբաթթվի մեջ ցինկի մի կտոր լուծելով։ Ցինկի սուլֆատի հետ միաժամանակ ավելացրեք մի քանի կաթիլ դենատուրացված ալկոհոլ: Մագնեզիումի վրա կարճ ժամանակ անց մենք, հատկապես մանրադիտակի տակ, նկատում ենք ցինկ, որն առանձնացել է բարակ բյուրեղների տեսքով։
Ընդհանուր առմամբ, լարման շարքի ցանկացած անդամ կարող է դուրս մղվել լուծույթից, որտեղ այն գտնվում է իոնի տեսքով և տեղափոխել մետաղական վիճակ: Այնուամենայնիվ, երբ փորձում ենք բոլոր տեսակի համակցություններ, մենք կարող ենք հիասթափվել: Թվում է, թե եթե ալյումինի շերտը ընկղմվի պղնձի, երկաթի, կապարի և ցինկի աղերի լուծույթների մեջ, ապա այդ մետաղները պետք է առանձնանան դրա վրա։ Բայց սա, սակայն, չի լինում։ Խափանման պատճառը ոչ թե լարումների շարքի սխալի մեջ է, այլ հիմնված է ռեակցիայի հատուկ արգելակման վրա, որն այս դեպքում պայմանավորված է ալյումինե մակերեսի վրա բարակ օքսիդ թաղանթով: Նման լուծումներում ալյումինը կոչվում է պասիվ:

ՆԱՅԵՆՔ ՏԵՍԱՐԱՆԻՑ ԴՈՒՐՍ

Ընթացիկ պրոցեսների օրինաչափությունները ձևակերպելու համար մենք կարող ենք սահմանափակվել կատիոնների դիտարկմամբ և բացառել անիոնները, քանի որ նրանք իրենք չեն մասնակցում ռեակցիային: (Սակայն, անիոնների տեսակն ազդում է նստվածքի արագության վրա): Եթե պարզության համար ենթադրենք, որ և՛ ազատված, և՛ լուծված մետաղները տալիս են կրկնակի լիցքավորված կատիոններ, ապա կարող ենք գրել.

Me 1 + Me 2 2+ = Me 1 2+ + Me 2

ընդ որում, առաջին փորձի համար Me 1 = Fe, Me 2 = Сu:
Այսպիսով, գործընթացը բաղկացած է լիցքերի (էլեկտրոնների) փոխանակումից երկու մետաղների ատոմների և իոնների միջև: Եթե ​​առանձին դիտարկենք (որպես միջանկյալ ռեակցիաներ) երկաթի տարրալուծումը կամ պղնձի տեղումները, ապա կստանանք.

Fe = Fe 2+ + 2 ե --

Сu 2+ + 2 ե--=Cu

Այժմ դիտարկենք այն դեպքը, երբ մետաղը ընկղմված է ջրի կամ աղի լուծույթի մեջ, որի կատիոնի հետ փոխանակումն անհնար է լարումների շարքում իր դիրքի պատճառով։ Չնայած դրան, մետաղը հակված է լուծույթի անցնել իոնի տեսքով: Այս դեպքում մետաղի ատոմը զիջում է երկու էլեկտրոն (եթե մետաղը երկվալենտ է), լուծույթի մեջ ընկղմված մետաղի մակերեսը լուծույթի նկատմամբ բացասական լիցքավորված է, իսկ միջերեսում առաջանում է կրկնակի էլեկտրական շերտ։ Այս պոտենցիալ տարբերությունը կանխում է մետաղի հետագա տարրալուծումը, այնպես որ գործընթացը շուտով դադարում է:
Եթե ​​երկու տարբեր մետաղներ ընկղմվեն լուծույթի մեջ, ապա դրանք երկուսն էլ լիցքավորված կլինեն, բայց պակաս ակտիվը որոշ չափով ավելի թույլ է, քանի որ նրա ատոմները ավելի քիչ են հակված էլեկտրոնների պառակտմանը:
Երկու մետաղները միացրեք հաղորդիչով: Պոտենցիալ տարբերության պատճառով էլեկտրոնների հոսքը կհոսի ավելի ակտիվ մետաղից դեպի պակաս ակտիվը, որը կազմում է տարրի դրական բևեռը։ Գործընթաց է տեղի ունենում, երբ ավելի ակտիվ մետաղը մտնում է լուծույթ, և լուծույթից կատիոնները ազատվում են ավելի ազնիվ մետաղի վրա:

Գալվանական բջիջի էությունը

Այժմ մի քանի փորձերով ցույց տանք վերը նշված փոքր-ինչ վերացական պատճառաբանությունը (որը, ընդ որում, կոպիտ պարզեցում է):
Նախ 250 մլ տարողությամբ գավաթը մինչև մեջտեղը լցրեք 10% ծծմբաթթվի լուծույթով և մեջը ընկղմեք ցինկի և պղնձի ոչ շատ փոքր կտորներ։ Երկու էլեկտրոդներին էլ պղնձե մետաղալար ենք զոդում կամ գամում, որի ծայրերը չպետք է դիպչեն լուծույթին։
Քանի դեռ լարերի ծայրերը միացված չեն միմյանց, մենք կդիտարկենք ցինկի տարրալուծումը, որն ուղեկցվում է ջրածնի արտազատմամբ։ Ցինկը, ինչպես հետևում է լարման շարքից, ավելի ակտիվ է, քան ջրածինը, ուստի մետաղը կարող է ջրածինը հեռացնել իոնային վիճակից: Երկու մետաղներն էլ ստեղծում են էլեկտրական կրկնակի շերտ: Էլեկտրոդների միջև պոտենցիալ տարբերությունը ամենահեշտ է հայտնաբերել վոլտմետրով: Սարքը շղթայում միացնելուց անմիջապես հետո սլաքը ցույց կտա մոտավորապես 1 Վ, բայց հետո լարումը արագ կիջնի: Եթե ​​մի փոքր լամպ միացնեք այն տարրին, որը սպառում է 1 Վ լարումը, ապա այն կլուսավորվի՝ սկզբում բավականին ուժեղ, իսկ հետո փայլը կդառնա թույլ:
Սարքի տերմինալների բևեռականությամբ մենք կարող ենք եզրակացնել, որ պղնձի էլեկտրոդը դրական բևեռ է: Դա կարելի է ապացուցել նույնիսկ առանց սարքի, հաշվի առնելով գործընթացի էլեկտրաքիմիան: Փոքր գավաթում կամ փորձանոթում պատրաստենք կերակրի աղի հագեցած լուծույթ, ավելացնենք մոտ 0,5 մլ սպիրտային լուծույթ ֆենոլֆթալեինի ցուցիչով և լուծույթի մեջ ընկղմենք մետաղալարով փակված երկու էլեկտրոդները։ Բացասական բևեռի մոտ կնկատվի թեթև կարմրավուն երանգավորում, որն առաջանում է կաթոդում նատրիումի հիդրօքսիդի գոյացմամբ։
Այլ փորձերի ժամանակ կարելի է խցում տեղադրել տարբեր զույգ մետաղներ և որոշել ստացված լարումը։ Օրինակ, մագնեզիումը և արծաթը կտան հատկապես մեծ պոտենցիալ տարբերություն՝ կապված նրանց միջև զգալի հեռավորության վրա մի շարք լարումների մեջ, մինչդեռ ցինկը և երկաթը, ընդհակառակը, կտան շատ փոքր՝ վոլտի տասներորդից պակաս: Օգտագործելով ալյումին, մենք գործնականում հոսանք չենք ստանա պասիվացման պատճառով:
Այս բոլոր տարրերը կամ, ինչպես ասում են էլեկտրաքիմիկոսները, սխեմաները, ունեն այն թերությունը, որ երբ հոսանք է վերցվում, լարումը շատ արագ ընկնում է դրանց վրա։ Հետևաբար, էլեկտրաքիմիկոսները միշտ չափում են լարման իրական արժեքը հոսանքազրկված վիճակում՝ օգտագործելով լարման փոխհատուցման մեթոդը, այսինքն՝ համեմատելով այն մեկ այլ հոսանքի աղբյուրի լարման հետ։
Եկեք ավելի մանրամասն քննարկենք պղինձ-ցինկ տարրի գործընթացները: Կաթոդում ցինկը մտնում է լուծույթ հետևյալ հավասարման համաձայն.

Zn = Zn2+ + 2 ե --

Ծծմբաթթվի ջրածնի իոնները արտանետվում են պղնձի անոդի վրա։ Նրանք ցինկի կաթոդից մետաղալարով եկող էլեկտրոններ են կապում և արդյունքում առաջանում են ջրածնի պղպջակներ.

2H + + 2 ե-- \u003d H 2

Կարճ ժամանակ անց պղինձը ծածկվելու է ջրածնի փուչիկների բարակ շերտով։ Այս դեպքում պղնձի էլեկտրոդը կվերածվի ջրածնի էլեկտրոդի, իսկ պոտենցիալների տարբերությունը կնվազի։ Այս գործընթացը կոչվում է էլեկտրոդների բևեռացում: Պղնձի էլեկտրոդի բևեռացումը կարելի է վերացնել՝ լարման անկումից հետո բջիջին մի փոքր կալիումի դիքրոմատի լուծույթ ավելացնելով։ Դրանից հետո լարումը կրկին կբարձրանա, քանի որ կալիումի դիքրոմատը ջրածինը կօքսիդացնի ջրի մեջ: Կալիումի դիքրոմատը այս դեպքում գործում է որպես ապաբևեռացնող:
Գործնականում օգտագործվում են գալվանական սխեմաներ, որոնց էլեկտրոդները բևեռացված չեն, կամ սխեմաներ, որոնց բևեռացումը կարելի է վերացնել՝ ավելացնելով ապաբևեռացնող սարքեր։
Որպես չբևեռացվող տարրի օրինակ դիտարկենք Դանիել տարրը, որը նախկինում հաճախ օգտագործվում էր որպես ընթացիկ աղբյուր։ Սա նույնպես պղինձ-ցինկ տարր է, բայց երկու մետաղներն էլ ընկղմված են տարբեր լուծույթների մեջ։ Ցինկի էլեկտրոդը տեղադրվում է ծակոտկեն կավե խցիկում, որը լցված է նոսր (մոտ 20%) ծծմբաթթվով։ Կավե բջիջը կասեցված է պղնձի սուլֆատի խտացված լուծույթ պարունակող մեծ բաժակի մեջ, իսկ ներքևում կա պղնձի սուլֆատի բյուրեղների շերտ։ Այս նավի երկրորդ էլեկտրոդը պղնձե թերթի գլան է:
Այս տարրը կարելի է պատրաստել ապակե բանկաից, կոմերցիոն հասանելի կավե խցիկից (ծայրահեղ դեպքերում օգտագործեք ծաղկաման՝ փակելով ներքևի անցքը) և համապատասխան չափի երկու էլեկտրոդից։
Տարրի աշխատանքի ընթացքում ցինկը լուծվում է ցինկի սուլֆատի առաջացմամբ, իսկ պղնձի իոններն ազատվում են պղնձի էլեկտրոդի վրա։ Բայց միևնույն ժամանակ, պղնձի էլեկտրոդը բևեռացված չէ, և տարրը տալիս է մոտ 1 Վ լարում: Իրականում, տեսականորեն, տերմինալների լարումը 1,10 Վ է, բայց հոսանքը վերցնելիս մենք չափում ենք մի փոքր ավելի ցածր արժեք, ինչը պայմանավորված է: բջջի էլեկտրական դիմադրության նկատմամբ:
Եթե ​​հոսանքը չհեռացնենք բջիջից, ապա պետք է հանենք ցինկի էլեկտրոդը ծծմբաթթվի լուծույթից, քանի որ հակառակ դեպքում այն ​​կլուծվի՝ առաջացնելով ջրածին։
Պարզ բջիջի դիագրամ, որը չի պահանջում ծակոտկեն միջնորմ, ներկայացված է նկարում: Ցինկի էլեկտրոդը գտնվում է վերևում գտնվող ապակե տարայի մեջ, իսկ պղնձի էլեկտրոդը՝ ներքևի մոտ: Ամբողջ բջիջը լցված է նատրիումի քլորիդի հագեցած լուծույթով: Բանկի հատակին մենք լցնում ենք մի բուռ պղնձի սուլֆատի բյուրեղներ: Ստացված պղնձի սուլֆատի խտացված լուծույթը շատ դանդաղ խառնվելու է սովորական աղի լուծույթին: Հետևաբար, բջիջի շահագործման ընթացքում պղնձի էլեկտրոդի վրա պղինձ կթողարկվի, իսկ ցինկը սուլֆատի կամ քլորիդի տեսքով կլուծվի բջջի վերին մասում։
Այժմ մարտկոցներում օգտագործվում են գրեթե բացառապես չոր բջիջներ, որոնք ավելի հարմար են օգտագործելու համար: Նրանց նախահայրը Լեքլանշետ տարրն է։ Էլեկտրոդները ցինկի մխոց են և ածխածնի ձող: Էլեկտրոլիտը մածուկ է, որը հիմնականում բաղկացած է ամոնիումի քլորիդից։ Ցինկը լուծվում է մածուկի մեջ, իսկ ջրածինը ազատվում է ածուխի վրա։ Բևեռացումից խուսափելու համար ածխածնի ձողը իջեցվում է սպիտակեղենի տոպրակի մեջ՝ ածխի փոշու և պիրոլուզիտի խառնուրդով: Ածխածնի փոշին մեծացնում է էլեկտրոդի մակերեսը, իսկ պիրոլուզիտը հանդես է գալիս որպես ապաբևեռացնող՝ դանդաղորեն օքսիդացնելով ջրածինը։
Ճիշտ է, պիրոլուզիտի ապաբևեռացման ունակությունը ավելի թույլ է, քան նախկինում նշված կալիումի դիքրոմատը: Հետևաբար, երբ հոսանք է ստացվում չոր խցերում, լարումը արագորեն իջնում ​​է, նրանք « հոգնել«բևեռացման պատճառով: Միայն որոշ ժամանակ անց ջրածնի օքսիդացում է տեղի ունենում պիրոլուզիտի հետ: Այսպիսով, տարրերը»: հանգիստ«, եթե որոշ ժամանակ հոսանքը չեք անցնում։ Եկեք ստուգենք սա լապտերի մարտկոցի վրա, որին միացնում ենք լամպը։ Լամպին զուգահեռ, այսինքն՝ անմիջապես տերմինալներին, միացնում ենք վոլտմետր։
Սկզբում լարումը կկազմի մոտ 4,5 Վ. (Առավել հաճախ նման մարտկոցներում երեք բջիջ միացված են հաջորդաբար, յուրաքանչյուրը տեսական լարման 1,48 Վ.) Որոշ ժամանակ անց լարումը կիջնի, լամպը կթուլանա։ Ընթերցելով վոլտմետրը, մենք կարող ենք դատել, թե որքան ժամանակ է պետք մարտկոցը հանգստանա:
Հատուկ տեղ են զբաղեցնում վերականգնող տարրերը, որոնք հայտնի են որպես կուտակիչներ. Դրանցում տեղի են ունենում շրջելի ռեակցիաներ, և դրանք կարող են վերալիցքավորվել բջիջը լիցքաթափվելուց հետո՝ միանալով արտաքին DC աղբյուրին։
Ներկայումս կապարաթթվային մարտկոցները ամենատարածվածն են. դրանցում էլեկտրոլիտը նոսր ծծմբաթթու է, որի մեջ ընկղմված են կապարի երկու թիթեղներ։ Դրական էլեկտրոդը պատված է կապարի երկօքսիդով PbO 2, բացասական էլեկտրոդը մետաղական կապար է: Տերմինալների լարումը մոտավորապես 2,1 Վ է: Լիցքաթափման ժամանակ երկու թիթեղների վրա էլ առաջանում է կապարի սուլֆատ, որը լիցքավորման ժամանակ կրկին վերածվում է մետաղական կապարի և կապարի պերօքսիդի:

ԵՐԵՎԱԾՔՆԵՐ

Էլեկտրական հոսանքի օգնությամբ ջրային լուծույթներից մետաղների նստեցումը էլեկտրոլիտիկ տարրալուծման հակառակ գործընթացն է, որը մենք հանդիպեցինք գալվանական բջիջները դիտարկելիս։ Նախ, եկեք ուսումնասիրենք պղնձի տեղումները, որոնք օգտագործվում են պղնձե կուլոմետրում էլեկտրաէներգիայի քանակը չափելու համար:

Մետաղը կուտակվում է հոսանքի միջոցով

Պղնձի բարակ թերթիկի երկու թիթեղների ծայրերը թեքելով՝ դրանք կախում ենք բաժակի հակառակ պատերից կամ, ավելի լավ, փոքրիկ ապակե ակվարիումից։ Լարերը տերմինալներով ամրացնում ենք թիթեղներին։
Էլեկտրոլիտպատրաստել հետևյալ բաղադրատոմսով՝ 125 գ բյուրեղային պղնձի սուլֆատ, 50 գ խտացրած ծծմբաթթու և 50 գ սպիրտ (դենատուրացված սպիրտ), մնացածը՝ ջուր մինչև 1 լիտր։ Դա անելու համար նախ պղնձի սուլֆատը լուծեք 500 մլ ջրի մեջ, ապա զգուշորեն, փոքր չափաբաժիններով, ավելացրեք ծծմբաթթու ( Ջեռուցում! Հեղուկը կարող է շաղ տալ:), ապա լցնել սպիրտի մեջ և ջուրը հասցնել 1 լիտր ծավալի։
Մենք լցնում ենք կուլոմետրը պատրաստված լուծույթով և շղթայում ներառում ենք փոփոխական դիմադրություն, ամպաչափ և կապարի մարտկոց: Դիմադրության օգնությամբ մենք կարգավորում ենք հոսանքը, որպեսզի դրա խտությունը լինի էլեկտրոդի մակերեսի 0,02-0,01 Ա/սմ 2։ Եթե ​​պղնձի ափսեի մակերեսը կազմում է 50 սմ 2, ապա ընթացիկ ուժը պետք է լինի 0,5-1 Ա միջակայքում:
Որոշ ժամանակ անց բաց կարմիր մետաղական պղինձը կսկսի նստել կաթոդում (բացասական էլեկտրոդ), իսկ պղինձը լուծույթի մեջ կմտնի անոդում (դրական էլեկտրոդ): Պղնձե թիթեղները մաքրելու համար կուլոմետրի մեջ հոսանք կանցկացնենք մոտ կես ժամ։ Ապա հանում ենք կաթոդը, զգուշորեն չորացնում ենք զտիչ թղթով ու ճշգրիտ կշռում։ Մենք խցում տեղադրում ենք էլեկտրոդ, ռեոստատով փակում ենք շղթան և պահպանում մշտական ​​հոսանքը, օրինակ 1 Ա. Մեկ ժամ անց բացում ենք շղթան և նորից կշռում չորացած կաթոդը։ Աշխատանքային ժամում 1 Ա հոսանքի դեպքում նրա զանգվածը կավելանա 1,18 գ-ով։
Ուստի 1 ամպերժամին հավասար էլեկտրաէներգիայի քանակությունը լուծույթի միջով անցնելիս կարող է արձակել 1,18 գ պղինձ։ Կամ ընդհանրապես՝ արձակված նյութի քանակն ուղիղ համեմատական ​​է լուծույթով անցած էլեկտրաէներգիայի քանակին։
Իոնի 1 համարժեքը մեկուսացնելու համար անհրաժեշտ է լուծույթի միջով անցկացնել էլեկտրաէներգիայի քանակություն, որը հավասար է էլեկտրոդի լիցքի e-ի և Ավոգադրոյի թվի արտադրյալին։ Ն A:
ե*Ն A \u003d 1.6021 * 10 -19 * 6.0225 * 10 23 \u003d 9.65 * 10 4 A * s * mol -1 Այս արժեքը նշվում է խորհրդանիշով Ֆև անվանվել է էլեկտրոլիզի քանակական օրենքները հայտնաբերողի պատվին Ֆարադայի համարը(ճշգրիտ արժեք Ֆ- 96 498 Ա * ս * մոլ -1). Ուստի լուծումից առանձնացնել տրված թվով համարժեքներ n e լուծույթի միջոցով էլեկտրաէներգիայի քանակությունը հավասար է F*n e A * s * mol -1. Այլ կերպ ասած,
I*t =F*n e Այստեղ Ի- ընթացիկ, տլուծույթի միջով հոսանքի անցնելու ժամանակն է: գլխում « Տիտրման հիմունքներ«Արդեն ցույց է տրվել, որ նյութի համարժեքների թիվը n e-ը հավասար է մոլերի քանակի արտադրյալին համարժեք թվով.
n e = n*ԶՀետևաբար.

Ի*տ = F*n*Z

Այս դեպքում Զ- իոնային լիցք (Ag +-ի համար Զ= 1, Cu 2+-ի համար Զ= 2, Al 3+-ի համար Զ= 3 և այլն): Եթե ​​մոլերի թիվը արտահայտենք զանգվածի և մոլային զանգվածի հարաբերությամբ ( n = մ / Մ), այնուհետև մենք ստանում ենք բանաձև, որը թույլ է տալիս հաշվարկել էլեկտրոլիզի ընթացքում տեղի ունեցող բոլոր գործընթացները.

I*t =F*m*Z / M

Օգտագործելով այս բանաձևը, կարող եք հաշվարկել ընթացիկ.

Ի = F*m*Z/(t*M)\u003d 9,65 * 10 4 * 1,18 * 2 / (3600 * 63,54) A * s * g * mol / (s * mol * g) \u003d 0,996 A

Եթե ​​ներմուծենք էլեկտրական աշխատանքի հարաբերակցությունը Վէլ

Վփոստ = U*I*tև Վփոստ / U = I*t

հետո իմանալով լարվածությունը U, կարող եք հաշվարկել.

Վփոստ = F*m*Z*U/M

Կարող եք նաև հաշվարկել, թե ինչքան ժամանակ է պահանջվում որոշակի քանակությամբ նյութի էլեկտրոլիտիկ արտազատման համար, կամ ինչքան նյութ կթողարկվի որոշակի ժամանակում: Փորձի ընթացքում ընթացիկ խտությունը պետք է պահպանվի նշված սահմաններում: Եթե ​​այն 0,01 Ա / սմ 2-ից պակաս է, ապա շատ քիչ մետաղ կթողարկվի, քանի որ պղնձի (I) իոնները մասամբ կձևավորվեն: Եթե ​​ընթացիկ խտությունը չափազանց բարձր է, ապա ծածկույթի կպչունությունը էլեկտրոդին թույլ կլինի, և երբ էլեկտրոդը հանվում է լուծույթից, այն կարող է փշրվել:
Գործնականում մետաղների վրա գալվանական ծածկույթները հիմնականում օգտագործվում են կոռոզիայից պաշտպանվելու և հայելային ծածկույթ ստանալու համար:
Բացի այդ, մետաղները, հատկապես պղնձը և կապարը, զտվում են անոդային լուծարման և կաթոդում հետագա տարանջատման միջոցով (էլեկտրոլիտիկ զտում):
Երկաթը պղնձով կամ նիկելով սալիկների համար նախ պետք է մանրակրկիտ մաքրել առարկայի մակերեսը: Դա անելու համար այն փայլեցրեք մաքրված կավիճով և հաջորդաբար յուղազերծեք կաուստիկ սոդայի, ջրի և ալկոհոլի նոսր լուծույթով: Եթե ​​առարկան պատված է ժանգով, ապա անհրաժեշտ է այն նախապես թթու դնել 10-15% ծծմբաթթվի լուծույթում։
Մաքրված արտադրանքը կկախենք էլեկտրոլիտիկ լոգարանում (փոքր ակվարիում կամ բաժակ), որտեղ այն կծառայի որպես կաթոդ։
Պղնձապատման լուծույթը պարունակում է 250 գ պղնձի սուլֆատ և 80-100 գ խտացված ծծմբաթթու 1 լիտր ջրի մեջ (Զգուշացեք): Այս դեպքում պղնձե ափսեը կծառայի որպես անոդ: Անոդի մակերեսը պետք է մոտավորապես հավասար լինի պատված օբյեկտի մակերեսին: Հետեւաբար, դուք միշտ պետք է ապահովեք, որ պղնձի անոդը կախված է լոգարանում նույն խորության վրա, ինչ կաթոդը:
Գործընթացը կիրականացվի 3-4 Վ (երկու մարտկոց) լարման և 0,02-0,4 Ա/սմ 2 հոսանքի խտությամբ: Լուծույթի ջերմաստիճանը լոգարանում պետք է լինի 18-25 °C։
Ուշադրություն դարձրեք, որ անոդի հարթությունը և պատման ենթակա մակերեսը զուգահեռ են միմյանց։ Ավելի լավ է չօգտագործել բարդ ձևի առարկաներ: Փոփոխելով էլեկտրոլիզի տեւողությունը՝ հնարավոր է ստանալ տարբեր հաստության պղնձե ծածկույթ։
Այս շերտի վրա մեկ այլ մետաղի դիմացկուն ծածկույթ կիրառելու համար հաճախ դիմում են նախնական պղնձապատման: Սա հատկապես հաճախ օգտագործվում է երկաթե քրոմապատման, ցինկ ձուլման նիկելապատման և այլ դեպքերում: Ճիշտ է, այդ նպատակով օգտագործվում են շատ թունավոր ցիանիդային էլեկտրոլիտներ։
Նիկելապատման համար էլեկտրոլիտ պատրաստելու համար 450 մլ ջրի մեջ լուծեք 25 գ բյուրեղային նիկելի սուլֆատ, 10 գ բորաթթու կամ 10 գ նատրիումի ցիտրատ: Նատրիումի ցիտրատը կարելի է պատրաստել՝ չեզոքացնելով 10 գ լուծույթը կիտրոնաթթունատրիումի հիդրօքսիդի նոսրացված լուծույթ կամ սոդայի լուծույթ: Թող անոդը լինի ամենամեծ հնարավոր տարածքի նիկելի թիթեղը և որպես լարման աղբյուր վերցրեք մարտկոցը:
Ընթացքի խտության արժեքը փոփոխական դիմադրության օգնությամբ կպահպանվի հավասար 0,005 A/cm 2: Օրինակ, 20 սմ 2 օբյեկտի մակերեսով անհրաժեշտ է աշխատել 0,1 Ա հոսանքի ուժով: Կես ժամ աշխատելուց հետո առարկան արդեն նիկելապատված կլինի: Հանեք այն լոգանքից և սրբեք շորով։ Այնուամենայնիվ, ավելի լավ է չընդհատել նիկելապատման գործընթացը, քանի որ այդ ժամանակ նիկելի շերտը կարող է պասիվանալ, և հետագա նիկելային ծածկույթը լավ չի կպչում:
Որպեսզի ձեռք բերենք հայելու փայլ՝ առանց մեխանիկական փայլեցման, մենք մտցնում ենք այսպես կոչված փայլեցնող հավելում երեսպատման լոգանքի մեջ: Նման հավելումներն են, օրինակ, սոսինձը, ժելատինը, շաքարավազը։ Դուք կարող եք մտնել նիկելի լոգանք, օրինակ՝ մի քանի գրամ շաքարավազ և ուսումնասիրել դրա ազդեցությունը։
Երկաթե քրոմապատման համար էլեկտրոլիտ պատրաստելու համար (նախնական պղնձապատումից հետո) լուծենք 40 գ CrO 3 քրոմ անհիդրիդ (Զգույշ, թույն) և ուղիղ 0,5 գ ծծմբաթթու (ոչ մի դեպքում ավելին) 100 մլ ջրի մեջ։ Գործընթացն ընթանում է մոտ 0,1 Ա/սմ 2 հոսանքի խտությամբ, և որպես անոդ օգտագործվում է կապարի ափսե, որի մակերեսը պետք է մի փոքր փոքր լինի քրոմապատ մակերեսի մակերեսից։
Նիկելի և քրոմի լոգանքները ավելի լավ է մի փոքր տաքացնել (մինչև 35 °C): Խնդրում ենք նկատի ունենալ, որ քրոմապատման էլեկտրոլիտները, հատկապես երկարատև ընթացքով և հոսանքի բարձր ուժով, արտանետում են քրոմաթթու պարունակող գոլորշիներ, որոնք շատ վնասակար են առողջության համար: Հետևաբար, քրոմապատումը պետք է իրականացվի նախագծի տակ կամ դրսում, օրինակ՝ պատշգամբում:
Քրոմի երեսպատման մեջ (և ավելի քիչ՝ նիկելապատման մեջ) հոսանքը ոչ ամբողջ է օգտագործվում մետաղի նստվածքի համար։ Միևնույն ժամանակ ջրածինը ազատվում է։ Մի շարք լարումների հիման վրա ակնկալվում է, որ ջրածնի դիմաց կանգնած մետաղներն ընդհանրապես չպետք է դուրս գան ջրային լուծույթներից, այլ, ընդհակառակը, ավելի քիչ ակտիվ ջրածինը: Այնուամենայնիվ, այստեղ, ինչպես մետաղների անոդային տարրալուծման դեպքում, ջրածնի կաթոդային էվոլյուցիան հաճախ արգելակվում է և դիտվում է միայն բարձր լարման դեպքում։ Այս երեւույթը կոչվում է ջրածնի գերլարում, և այն հատկապես մեծ է, օրինակ, կապարի վրա։ Այս հանգամանքի շնորհիվ կապարի մարտկոցը կարող է գործել: Երբ մարտկոցը լիցքավորվում է, PbO 2-ի փոխարեն կաթոդի վրա պետք է հայտնվի ջրածին, սակայն գերլարման պատճառով ջրածնի էվոլյուցիան սկսվում է այն ժամանակ, երբ մարտկոցը գրեթե ամբողջությամբ լիցքավորված է:

Քիմիայի դասագրքերում «Թթուներ» թեման ներկայացնելիս այս կամ այն ​​ձևով նշվում է մետաղների այսպես կոչված տեղաշարժի շարքը, որի կազմումը հաճախ վերագրվում է Բեկետովին։

Օրինակ, G. E. Rudzitis-ը և F. G. Feldman-ը, 8-րդ դասարանի երբեմնի ամենատարածված դասագիրքը (1989-1995 թվականներին այն հրատարակվել է 8,3 միլիոն օրինակ տպաքանակով), ասում է հետևյալը. Փորձից հեշտ է ստուգել, ​​որ մագնեզիումը արագ է փոխազդում թթուների հետ (որպես օրինակ օգտագործելով աղաթթուն), ցինկը մի փոքր ավելի դանդաղ է արձագանքում, երկաթը նույնիսկ ավելի դանդաղ, իսկ պղինձը չի արձագանքում աղաթթվի հետ: «Նմանատիպ փորձեր կատարել է ռուս գիտնական Ն. Ն. Բեկետովը», - հետագայում գրում են դասագրքի հեղինակները: – Փորձերի հիման վրա նա կազմել է մետաղների տեղաշարժի շարք՝ K, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au: Այս շարքում բոլոր մետաղները, որոնք կանգնած են ջրածնի առջև, կարող են այն հեռացնել թթուներից: Հաղորդվում է նաև, որ Բեկետովը «ֆիզիկական քիմիայի հիմնադիրն է. 1863 թվականին նա կազմել է մետաղների տեղաշարժի շարքը, որն անվանվել է գիտնականի անունով։ Այնուհետև ուսանողներին ասվում է, որ Բեկետովի շարքում մետաղները ձախից տեղափոխում են մետաղները իրենց աղերի լուծույթներից դեպի աջ: Բացառություն են կազմում ամենաակտիվ մետաղները։ Նմանատիպ տեղեկատվություն կարելի է գտնել այլ դպրոցական դասագրքերում և ձեռնարկներում, օրինակ՝ «Ռուս քիմիկոս Ն. Ն. Բեկետովը հետազոտել է բոլոր մետաղները և դասավորել դրանք ըստ իրենց քիմիական ակտիվության՝ տեղաշարժման շարքում (ակտիվության շարք)» և այլն։

Այստեղ կարող են առաջանալ մի քանի հարցեր.

Հարց առաջին. Արդյո՞ք քիմիկոսները մինչև Բեկետովի փորձերը (այսինքն՝ մինչև 1863 թվականը) չգիտեին, որ մագնեզիումը, ցինկը, երկաթը և մի շարք այլ մետաղներ փոխազդում են թթուների հետ՝ արտազատելով ջրածինը, մինչդեռ պղինձը, սնդիկը, արծաթը, պլատինը և ոսկին չունեն դա։ սեփականություն?

Հարց երկրորդ. Արդյո՞ք Բեկետովից առաջ քիմիկոսները չէին նկատել, որ որոշ մետաղներ կարող են հեռացնել մյուսներին իրենց աղերի լուծույթներից:

Հարց երրորդ. Վ.Ա.Վոլկովի, Է.Վ.Վոնսկու, Գ.Ի.Կուզնեցովի «Աշխարհի նշանավոր քիմիկոսներ. Կենսագրական տեղեկատու գրքում (Մոսկվա: Vysshaya Shkola, 1991) ասվում է, որ Նիկոլայ Նիկոլաևիչ Բեկետովը (1827–1911) «ռուս ֆիզիկական քիմիկոս, ակադեմիկոս… ֆիզիկական քիմիայի հիմնադիրներից է… Նա ուսումնասիրել է օրգանական թթուների վարքը բարձր ջերմաստիճաններ. Սինթեզված (1852) բենզուրիդ և ացետուրիդ։ Առաջ քաշեց (1865) մի շարք տեսական դրույթներ ռեակցիաների ուղղության կախվածության մասին ռեագենտների վիճակից և արտաքին պայմաններից ... Որոշել է ալկալիական մետաղների օքսիդների և քլորիդների առաջացման ջերմությունը, առաջին անգամ ստացվել է (1870 թ. ) ալկալիական մետաղների անջուր օքսիդներ. Օգտագործելով ալյումինի կարողությունը վերականգնելու մետաղները դրանց օքսիդներից, նա դրեց ալյումինոթերմիայի հիմքերը... Ռուսաստանի ֆիզիկա-քիմիական ընկերության նախագահ...»: Եվ ոչ մի խոսք նրա՝ տեղաշարժերի շարքի կազմման մասին, որը ներառվել է (ի տարբերություն, օրինակ, ureides - urea ածանցյալների) միլիոնավոր օրինակներով հրատարակված դպրոցական դասագրքերում։

Հազիվ թե պետք է մեղադրել կենսագրական ուղեցույցի հեղինակներին ռուս գիտնականի կարևոր հայտնագործությունը մոռանալու համար. չէ՞ որ Դ.Ի.Մենդելեևը, ում ոչ մի կերպ չի կարելի նախատել ոչ հայրենասիրության համար, իր դասական «Քիմիայի հիմունքները» դասագրքում նույնպես երբեք չի հիշատակում. Բեկետովի տեղաշարժի շարքը, թեև 15 անգամ վերաբերում է նրա տարբեր ստեղծագործություններին։ Այս բոլոր հարցերին պատասխանելու համար մենք ստիպված կլինենք էքսկուրսիա կատարել քիմիայի պատմության մեջ, պարզելու, թե ով և երբ է առաջարկել մետաղների գործունեության շարքը, ինչ փորձեր է կատարել ինքը Ն. Ն. Բեկետովը և որն է նրա տեղաշարժի շարքը:

Առաջին երկու հարցերին կարելի է պատասխանել հետևյալ կերպ. Իհարկե, և՛ մետաղների կողմից թթուներից ջրածնի արտազատումը, և՛ տարբեր օրինակներՆրանց աղերից միմյանց տեղաշարժը հայտնի էր Բեկետովի ծնվելուց դեռ շատ առաջ: Օրինակ, շվեդ քիմիկոս և հանքաբան Թորնբերն Օլաֆ Բերգմանի ձեռնարկներից մեկում, որը հրատարակվել է 1783 թվականին, խորհուրդ է տրվում բազմամետաղային հանքաքարերը վերլուծելիս կապարն ու արծաթը հեռացնել երկաթե թիթեղներով լուծույթներից: Հանքաքարում երկաթի պարունակության վերաբերյալ հաշվարկներ կատարելիս պետք է հաշվի առնել դրա այն հատվածը, որը թիթեղներից անցել է լուծույթ։ Նույն ձեռնարկում Բերգմանը գրում է. «Մետաղներն իրենց աղերի լուծույթներից կարող են տեղահանվել այլ մետաղներով, և նկատվում է որոշակի հետևողականություն։ Ցինկի, երկաթի, կապարի, անագի, պղնձի, արծաթի և սնդիկի շարքում ցինկը տեղահանում է երկաթը և այլն»։ Եվ, իհարկե, Բերգմանը չէր, ով առաջինը հայտնաբերեց այս ռեակցիաները. նման դիտարկումները գալիս են ալքիմիական ժամանակներից: Նման ռեակցիայի ամենահայտնի օրինակն օգտագործվել է միջնադարում շառլատանների կողմից, ովքեր հրապարակայնորեն ցուցադրում էին երկաթե մեխի «վերափոխումը» կարմիր «ոսկու», երբ մեխը թաթախում էին պղնձի սուլֆատի լուծույթի մեջ։ Այժմ այս արձագանքը դրսևորվում է դպրոցում քիմիայի դասերին։ Ո՞րն է Բեկետովի նոր տեսության էությունը. Նախքան քիմիական թերմոդինամիկայի հայտնվելը, քիմիկոսները ռեակցիայի հոսքն այս կամ այն ​​ուղղությամբ բացատրում էին որոշ մարմինների՝ մյուսների նկատմամբ մերձեցման հայեցակարգով։ Նույն Բերգմանը, հիմնվելով տեղաշարժման հայտնի ռեակցիաների վրա, 1775 թվականից մշակել է ընտրողական մերձեցման տեսությունը։ Համաձայն այս տեսության՝ տվյալ պայմաններում երկու նյութերի միջև քիմիական կապը մնում է հաստատուն և կախված չէ ռեակտիվների հարաբերական զանգվածից։ Այսինքն, եթե A և B մարմինները շփվում են C մարմնի հետ, ապա այն մարմինը, որն ավելի մեծ կապ ունի դրա նկատմամբ, կմիանա C-ի հետ։ Օրինակ, երկաթը թթվածնի նկատմամբ ավելի մեծ կապ ունի, քան սնդիկը, և, հետևաբար, այն կլինի առաջինը, որը կօքսիդանա դրանով: Ենթադրվում էր, որ ռեակցիայի ուղղությունը որոշվում է բացառապես արձագանքող մարմինների քիմիական մերձեցմամբ, և ռեակցիան գնում է մինչև վերջ։ Բերգմանը կազմել է քիմիական մերձեցման աղյուսակներ, որոնք օգտագործվել են քիմիկոսների կողմից մինչև 19-րդ դարի սկիզբը։ Այս աղյուսակները ներառում էին, մասնավորապես, տարբեր թթուներ և հիմքեր:

Բերգմանի հետ գրեթե միաժամանակ ֆրանսիացի քիմիկոս Կլոդ Լուի Բերտոլեն մշակեց մեկ այլ տեսություն. Քիմիական մերձեցությունը նույնպես կապված էր մարմինների միմյանց ձգելու հետ, սակայն արվեցին այլ եզրակացություններ։ Համընդհանուր ներգրավման օրենքին անալոգիայով Բերտոլեն կարծում էր, որ քիմիայում ներգրավումը նույնպես պետք է կախված լինի արձագանքող մարմինների զանգվածից։ Հետևաբար, ռեակցիայի ընթացքը և դրա արդյունքը կախված են ոչ միայն ռեակտիվների քիմիական մերձեցությունից, այլև դրանց քանակից։ Օրինակ, եթե A և B մարմինները կարող են արձագանքել C-ի հետ, ապա C մարմինը կբաշխվի A-ի և B-ի միջև՝ ըստ նրանց հարաբերության և զանգվածի, և ոչ մի ռեակցիա չի հասնի ավարտին, քանի որ հավասարակշռությունը կգա, երբ AC, BC և ազատ A-ն և B-ն գոյակցում են միաժամանակ: Շատ կարևոր է, որ C-ի բաշխումը A-ի և B-ի միջև կարող է տարբեր լինել՝ կախված A-ի կամ B-ի ավելցուկից: Հետևաբար, մեծ ավելցուկի դեպքում ցածր մերձավորություն ունեցող մարմինը կարող է գրեթե ամբողջությամբ «ընտրել» C մարմինը: իր «մրցակից»։ Բայց եթե ռեակցիայի արտադրանքներից մեկը (AC կամ BC) հեռացվի, ապա ռեակցիան կգնա մինչև վերջ և ձևավորվում է միայն այն արտադրանքը, որը դուրս է գալիս շրջանակից:

Բերտոլեն իր եզրակացություններն արել է՝ լուծույթներից տեղումների գործընթացները դիտարկելով։ Այս եզրակացությունները զարմանալիորեն ժամանակակից են հնչում, բացի հնացած տերմինաբանությունից: Այնուամենայնիվ, Բերտոլեի տեսությունը որակական էր, այն չէր ապահովում մերձավորության արժեքները չափելու միջոց:

Տեսական հետագա առաջընթացները հիմնված էին էլեկտրաէներգիայի ոլորտում հայտնագործությունների վրա: Իտալացի ֆիզիկոս Ալեսանդրո Վոլտա վերջ XVIIIմեջ ցույց տվեց, որ երբ տարբեր մետաղներ շփվում են, առաջանում է էլեկտրական լիցք։ Փորձեր կատարելով տարբեր զույգ մետաղների հետ և որոշելով որոշ մետաղների լիցքի նշանն ու մեծությունը մյուսների նկատմամբ՝ Վոլտան սահմանեց մի շարք լարումներ՝ Zn, Pb, Sn, Fe, Cu, Ag, Au։ Օգտագործելով տարբեր մետաղների զույգեր՝ Վոլտան նախագծեց գալվանական բջիջ, որի ուժն այնքան մեծ էր, որքան հեռու էին այս շարքի անդամները։ Սրա պատճառն այն ժամանակ անհայտ էր։ Ճիշտ է, դեռ 1797 թվականին գերմանացի գիտնական Յոհան Վիլհելմ Ռիտերը կանխատեսել էր, որ մետաղները պետք է լինեն լարումների շարքում՝ թթվածնի հետ միանալու նրանց կարողությունը նվազեցնելու համար։ Ցինկի և ոսկու դեպքում այս եզրակացությունը կասկածի տակ չէր. ինչ վերաբերում է մյուս մետաղներին, ապա պետք է նշել, որ դրանց մաքրությունը շատ բարձր չէր, ուստի Volta շարքը միշտ չէ, որ համապատասխանում է ժամանակակիցին։

Այս դեպքում տեղի ունեցող գործընթացների բնույթի վերաբերյալ տեսական տեսակետները շատ անորոշ էին և հաճախ հակասական: Հայտնի շվեդ քիմիկոս Յոնս Յակոբ Բերզելիուսը 19-րդ դարի սկզբին։ ստեղծել է էլեկտրաքիմիական (կամ դուալիստական, ից լատ. dualis - «երկակի») քիմիական միացությունների տեսություն: Այս տեսության համաձայն՝ ենթադրվում էր, որ յուրաքանչյուր քիմիական միացություն բաղկացած է երկու մասից՝ դրական և բացասական լիցքավորված։ 1811 թվականին Բերզելիուսը, հիմնվելով իրեն հայտնի տարրերի քիմիական հատկությունների վրա, դրանք դասավորեց անընդմեջ այնպես, որ դրա մեջ յուրաքանչյուր տերմին էլեկտրոբասական լինի նախորդի նկատմամբ և էլեկտրադրական՝ հաջորդի նկատմամբ։ Համառոտ տարբերակում էլեկտրաբացասական տարրերին վերագրվել են հետևյալը (նվազման կարգով).

O, S, N, Cl, Br, S, Se P, As, Cr, B, C, Sb, Te, Si:

Այնուհետև հաջորդեց անցումային տարրը՝ ջրածինը, իսկ դրանից հետո՝ էլեկտրադրական տարրերը (այս հատկությունը մեծացնելու կարգով).

Au, Pt, Hg, Ag, Cu, Bi, Sn, Pb, Cd, Co, Ni, Fe, Zn, Mn, Al, Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na, K.

Այս շարքը, եթե բոլոր մետաղները վերաշարադրեք հակառակ հերթականությամբ, շատ մոտ է ժամանակակիցին։ Այս շարքի մետաղների կարգի որոշ տարբերություններ, հավանաբար, պայմանավորված են Բերցելիուսի ժամանակաշրջանում նյութերի անբավարար մաքրմամբ, ինչպես նաև մետաղների որոշ այլ հատկություններով, որոնցով առաջնորդվել է Բերցելիուսը։ Ըստ Բերցելիուսի՝ այս շարքում տարրերը որքան հեռու են միմյանցից, այնքան ավելի հակադիր էլեկտրական լիցքեր ունեն և ավելի դիմացկուն են միմյանց հետ քիմիական միացություններ ստեղծում։

Բերցելիուսի դուալիզմի տեսությունը 19-րդ դարի կեսերին։ գերիշխող էր։ Դրա ձախողումը ցույց տվեցին ջերմաքիմիայի հիմնադիրներ ֆրանսիացի գիտնական Մարսելին Բերթելոն և դանիացի հետազոտող Յուլիուս Թոմսենը։ Նրանք չափել են քիմիական մերձեցումը քիմիական ռեակցիայի արդյունքում առաջացած աշխատանքով: Գործնականում այն ​​չափվում էր ռեակցիայի ջերմությամբ։ Այս աշխատանքները հանգեցրին քիմիական թերմոդինամիկայի ստեղծմանը, գիտություն, որը հնարավորություն տվեց, մասնավորապես, հաշվարկել հավասարակշռության դիրքը արձագանքող համակարգում, ներառյալ հավասարակշռությունը էլեկտրաքիմիական գործընթացներում: Լուծումների մեջ գործունեության շարքի (և սթրեսային շարքերի) տեսական հիմքը դրվել է 19-րդ դարի վերջին։ Գերմանացի ֆիզիկաքիմիկոս Վալտեր Ներնստ. Որակական հատկանիշի փոխարեն՝ մետաղի և նրա իոնի որոշակի ռեակցիաների հարաբերակցությունը կամ կարողությունը, հայտնվեց ճշգրիտ քանակական արժեք, որը բնութագրում է յուրաքանչյուր մետաղի իոնների տեսքով լուծույթ անցնելու, ինչպես նաև իոններից իոնների վերածվելու ունակությունը: մետաղական էլեկտրոդի վրա: Նման արժեք է մետաղի ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալը, իսկ համապատասխան շարքը, որը դասավորված է պոտենցիալ փոփոխությունների հերթականությամբ, կոչվում է ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալների շարք։ (Ստանդարտ վիճակը ենթադրում է, որ լուծույթում իոնների կոնցենտրացիան 1 մոլ/լ է, իսկ գազի ճնշումը՝ 1 ատմ, ամենից հաճախ ստանդարտ վիճակը հաշվարկվում է 25°C ջերմաստիճանի համար։)

Առավել ակտիվ ալկալիական մետաղների ստանդարտ պոտենցիալները հաշվարկվել են տեսականորեն, քանի որ անհնար է դրանք փորձարարական չափել ջրային լուծույթներում: Մետաղների պոտենցիալները հաշվարկելու համար նրանց իոնների տարբեր կոնցենտրացիաներում (այսինքն՝ ոչ ստանդարտ վիճակներում) օգտագործվում է Nernst հավասարումը։ Էլեկտրոդային պոտենցիալները որոշվել են ոչ միայն մետաղների, այլև բազմաթիվ ռեդոքս ռեակցիաների համար, որոնք ներառում են ինչպես կատիոններ, այնպես էլ անիոններ։ Սա հնարավորություն է տալիս տեսականորեն կանխատեսել տարբեր պայմաններում օքսիդացման մի շարք ռեակցիաների առաջացման հնարավորությունը: Հարկ է նշել նաև, որ ոչ ջրային լուծույթներում մետաղների պոտենցիալները տարբեր կլինեն, այնպես որ շարքի մետաղների հաջորդականությունը կարող է զգալիորեն փոխվել։ Օրինակ, ջրային լուծույթներում պղնձի էլեկտրոդի պոտենցիալը դրական է (+0,24 Վ), իսկ պղինձը գտնվում է ջրածնի աջ կողմում։ CH3CN ացետոնիտրիլի լուծույթում պղնձի պոտենցիալը բացասական է (–0,28 Վ), այսինքն՝ պղինձը գտնվում է ջրածնի ձախ կողմում։ Ուստի այս լուծիչում տեղի է ունենում հետևյալ ռեակցիան՝ Cu + 2HCl = CuCl2 + H2:

Հիմա ժամանակն է պատասխանել երրորդ հարցին ու պարզել, թե կոնկրետ ինչ է ուսումնասիրել Բեկետովը և ինչ եզրակացությունների է եկել։

Ռուս ականավոր քիմիկոսներից մեկը՝ Ն. Ն. Բեկետովը, ավարտելով (1848թ.) Կազանի համալսարանը, որոշ ժամանակ աշխատել է Բժշկական և վիրաբուժական ակադեմիայում՝ Ն.Ն.Վինինի լաբորատորիայում, ապա՝ Սբ.Խարկովի համալսարանում։ 1857-ին համալսարանի քիմիայի բաժինը ստանալուց անմիջապես հետո Բեկետովը մեկ տարով մեկնեց արտերկիր «տարեկան հազար ռուբլու նշանակումով, որը գերազանցում էր ստացված աշխատավարձը», այն ժամանակ դա մեծ գումար էր: Փարիզում գտնվելու ընթացքում նա հրապարակեց (ֆրանսերեն) Ռուսաստանում իր ավելի վաղ ուսումնասիրությունների արդյունքները ջրածնի միջոցով լուծույթներից որոշ մետաղների տեղահանման և ցինկի գոլորշիների նվազեցնող ազդեցության վերաբերյալ։ Փարիզի քիմիական ընկերության ժողովում Բեկետովը զեկուցել է իր աշխատանքի մասին SiCl4-ի և BF3-ի ջրածնով վերացման վերաբերյալ: Սրանք հետազոտությունների շղթայի առաջին օղակներն էին, որոնք նվիրված էին որոշ տարրերի տեղափոխմանը մյուսների կողմից, որոնք Բեկետովը սկսեց 1856 թվականին և ավարտեց 1865 թվականին։

Արդեն արտերկրում Բեկետովը ուշադրություն է հրավիրել իր վրա. Բավական է մեջբերել Դ. Ի. Մենդելեևի խոսքերը, ում Բեկետովը հանդիպել է Գերմանիայում. Այսքանը... մարդիկ, ովքեր պատիվ են տալիս Ռուսաստանին, մարդիկ, որոնց հետ ես ուրախ եմ, որ լավ եմ:

1865 թվականին Խարկովում լույս է տեսել Բեկետովի ատենախոսությունը՝ «Հետազոտություն որոշ տարրերի տեղաշարժի երևույթների վերաբերյալ ուրիշների կողմից»։ Այս աշխատությունը վերահրատարակվել է Խարկովում 1904 թվականին («Ի հիշատակ Ն. Բեկետովի գիտական ​​գործունեության 50-ամյակի» ժողովածուում) և 1955 թվականին («Ն. Ն. Բեկետով. Ֆիզիկական քիմիայի ընտրյալ աշխատություններ» ժողովածուում)։

Եկեք ավելի մանրամասն ծանոթանանք Բեկետովի այս աշխատանքին։ Այն բաղկացած է երկու մասից. Առաջին մասում (այն պարունակում է վեց բաժին) շատ մանրամասն ներկայացված է հեղինակի փորձերի արդյունքները։ Առաջին երեք բաժինները նվիրված են ջրածնի գործողությանը արծաթի և սնդիկի աղերի լուծույթների վրա տարբեր ճնշումներում։ Բեկետովին չափազանց կարևոր խնդիր էր թվում մի շարք մետաղների մեջ ջրածնի տեղը պարզելը, ինչպես նաև ռեակցիայի ուղղության կախվածությունը արտաքին պայմաններից՝ ճնշումից, ջերմաստիճանից, ռեագենտների կոնցենտրացիայից։ Նա փորձեր է անցկացրել ինչպես լուծույթներով, այնպես էլ չոր նյութերով։ Քիմիկոսներին լավ հայտնի էր, որ բարձր ջերմաստիճանում ջրածինը հեշտությամբ տեղահանում է որոշ մետաղներ դրանց օքսիդներից, իսկ ցածր ջերմաստիճանում անգործուն է։ Բեկետովը պարզել է, որ ջրածնի ակտիվությունը մեծանում է ճնշման աճով, ինչը նա կապում է ռեագենտի «ավելի մեծ խտության» հետ (այժմ նրանք կասեին՝ ավելի բարձր ճնշմամբ, այսինքն՝ գազի կոնցենտրացիան):

Ուսումնասիրելով լուծույթներից մետաղները ջրածնով տեղահանելու հնարավորությունը՝ Բեկետովը մի շարք բավականին ռիսկային փորձեր է կազմակերպել։ Քիմիայի պատմության մեջ առաջին անգամ Բեկետովը գործադրել է 100 ատմ-ից ավելի ճնշում։ Նա փորձեր է անցկացրել մթության մեջ, մի քանի թեքություններով (արմունկներով) կնքված ապակե խողովակներում։ Մի ծնկի մեջ դրել է աղի լուծույթ, մյուսում՝ թթու, իսկ խողովակի վերջում՝ մետաղական ցինկ։ Խողովակը թեքելով՝ Բեկետովը ստիպել է ցինկն ընկնել ավելորդ վերցված թթվի մեջ։ Իմանալով լուծված ցինկի զանգվածը և խողովակի ծավալը՝ հնարավոր եղավ գնահատել ձեռք բերված ջրածնի ճնշումը։ Որոշ փորձերի ժամանակ Բեկետովը ճշտել է ճնշումը՝ ըստ խողովակի զոդված բարակ մազանոթի հեղուկի կողմից օդի սեղմման աստիճանի։ Խողովակի բացումը միշտ ուղեկցվում էր պայթյունով։ Փորձերից մեկում, որի ճնշումը հասնում էր 110 ատմ-ի, խողովակի բացման ժամանակ պայթյունից (այն իրականացվել է ջրի մեջ՝ շրջված գլանի տակ) կոտրել է հաստ պատերով գլան, որի ծավալը հազար անգամ ավելի է եղել։ քան ռեակտիվներով խողովակի ծավալը։

Փորձերը ցույց են տվել, որ ջրածնի գործողությունը կախված է ոչ միայն նրա ճնշումից, այլև «մետաղական լուծույթի ուժից», այսինքն՝ կոնցենտրացիայից։ Արծաթի կրճատումը AgCl-ի ամոնիակային լուծույթից սկսվում է նույնիսկ մինչև ցինկի ամբողջական լուծարումը մոտ 10 ատմ ճնշման տակ. թափանցիկ լուծույթը դառնում է դարչնագույն (նախ գազի սահմանին, այնուհետև ամբողջ զանգվածում), իսկ մի քանի անգամից հետո: օր պատերին նստում է մոխրագույն արծաթափոշի: Մթնոլորտային ճնշման դեպքում ռեակցիա չի նկատվել։ Արծաթը նույնպես կրճատվել է նիտրատից և սուլֆատից, իսկ ջրածինը գործել է արծաթի ացետատի վրա մթնոլորտային ճնշման ժամանակ։ Մետաղական գնդիկներն ազատվում էին սնդիկի աղերից բարձր ճնշման դեպքում, սակայն պղնձի և կապարի նիտրատները հնարավոր չէին նվազեցնել նույնիսկ ջրածնի բարձր ճնշման դեպքում։ Պղնձի կրճատումը նկատվել է միայն արծաթի և պլատինի առկայության դեպքում՝ մինչև 100 ատմ ճնշման դեպքում։ Բեկետովն օգտագործել է պլատինը գործընթացն արագացնելու համար, այսինքն՝ որպես կատալիզատոր։ Նա գրել է, որ պլատինը ավելի շատ նպաստում է որոշակի մետաղների տեղաշարժին, քան ճնշումը, քանի որ պլատինի մակերեսի ջրածինը «ենթակա է ավելի մեծ ձգողականության և պետք է ունենա ամենամեծ խտությունը»։ Այժմ մենք գիտենք, որ պլատինի վրա կլանված ջրածինը ակտիվանում է մետաղի ատոմների հետ քիմիական փոխազդեցության շնորհիվ:

Առաջին մասի չորրորդ բաժնում Բեկետովը նկարագրում է ածխաթթու գազի հետ կապված փորձերը։ Նա ուսումնասիրել է դրա ազդեցությունը տարբեր ճնշումների դեպքում կալցիումի ացետատի լուծույթների վրա. պարզվել է, որ հակառակ ռեակցիան՝ մարմարի տարրալուծումը քացախաթթվի մեջ գազի որոշակի ճնշման դեպքում դադարում է նույնիսկ թթվի ավելցուկի դեպքում:

Փորձարարական մասի վերջին բաժիններում Բեկետովը նկարագրել է ցինկի գոլորշու ազդեցությունը բարձր ջերմաստիճաններում բարիումի, սիլիցիումի և ալյումինի միացությունների վրա (նա վերջին տարրը նա անվանում է կավ, ինչպես ընդունված էր այդ տարիներին)։ Սիլիցիումի տետրաքլորիդը ցինկով նվազեցնելով, Բեկետովն առաջինն էր, որ ստացավ բավականաչափ մաքուր բյուրեղային սիլիցիում։ Նա նաև պարզել է, որ մագնեզիումը նվազեցնում է ալյումինը կրիոլիտից (նատրիումի ֆտորալյումինատ «ներքին») և սիլիցիումը՝ դրա երկօքսիդից։ Այս փորձերում հաստատվել է նաև ալյումինի՝ բարիումը օքսիդից և կալիումը հիդրօքսիդից վերականգնելու ունակությունը։ Այսպիսով, ալյումինը անջուր բարիումի օքսիդով կալցինգից հետո (հալման կետը իջեցնելու համար բարիումի քլորիդի փոքր հավելումով) առաջացել է համաձուլվածք, որը, ըստ վերլուծության արդյունքների, կազմում է 33,3% բարիում, մնացածը՝ ալյումին։ Միևնույն ժամանակ, փոշու բարիումի քլորիդով ալյումինի երկարատև կալցինացումը որևէ փոփոխության չի հանգեցրել։

Ալյումինի արտասովոր ռեակցիան KOH-ի հետ իրականացվել է կոր ատրճանակի տակառում, որի փակ ծայրում տեղադրվել են KOH և ալյումինի կտորներ։ Այս ծայրի ուժեղ շիկացումով առաջացել է կալիումի գոլորշի, որը խտացել է տակառի սառը հատվածում, «որտեղից ստացվել է մանուշակագույն բոցով վառվող փափուկ մետաղի մի քանի կտոր»։ Ռուբիդիումը և ցեզիումը հետագայում մեկուսացվել են նույն ձևով։

Բեկետովի աշխատության երկրորդ մասը նվիրված է որոշ տարրերի որոշ տարրերի տեղաշարժի տեսությանը։ Այս մասում Բեկետովը նախ վերլուծեց բազմաթիվ փորձարարական տվյալներ՝ ինչպես իր, այնպես էլ այլ հետազոտողների, այդ թվում՝ Բրեսլավ պրոֆեսոր Ֆիշերի, ինչպես նաև Դեյվիի, Գեյ-Լուսակի, Բերզելիուսի, Վոլերի կողմից: Հատկապես ուշագրավ են անգլիացի քիմիկոս Ուիլյամ Օդլինգի կողմից հայտնաբերված «մի քանի հետաքրքիր փաստեր թաց ճանապարհով մետաղների տեղումների մասին»։ Միևնույն ժամանակ, Բեկետովը համարում է որոշ տարրերի տեղափոխման դեպքերը մյուսների կողմից «թաց եղանակով», այսինքն՝ լուծույթներում և «չոր եղանակով», այսինքն՝ ռեակտիվների կալցինացման ժամանակ։ Սա տրամաբանական էր, քանի որ անհնար է փորձարարական ռեակցիաներ իրականացնել ջրային լուծույթներում, որոնք ներառում են ալկալային և հողալկալիական մետաղներ, քանի որ դրանք ակտիվորեն արձագանքում են ջրի հետ:

Այնուհետև Բեկետովը ներկայացնում է իր տեսությունը, որը կոչված է բացատրելու տարրերի տարբեր ակտիվությունը: Բոլոր մետաղները անընդմեջ դասավորելով ըստ իրենց տեսակարար կշռի (այսինքն՝ խտության)՝ Բեկետովը պարզեց, որ այն բավականին լավ է համընկնում հայտնի տեղաշարժերի շարքի հետ։ «Հետևաբար, - եզրակացնում է Բեկետովը, - մետաղի տեղը ... տեղաշարժի շարքում կարելի է բավականին ճիշտ որոշել և, այսպես ասած, նախապես կանխատեսել նրա տեսակարար կշռով»: Որոշակի անորոշություն է նկատվում միայն «հատուկ կշռով հարակից մետաղների» միջև։ Այսպիսով, կալիումը սովորաբար «ավելի էներգետիկ» տարր է և, օրինակ, կալցինացման ժամանակ նատրիումը հեռացնում է NaCl-ից, թեև կալիումն ավելի ցնդող է։ Այնուամենայնիվ, հայտնի են նաև հակադարձ պրոցեսներ. օրինակ, նատրիումը կարող է կալիումը հեռացնել իր հիդրօքսիդից և ացետատից: «Ինչ վերաբերում է առաջին ալկալային խմբի երկրորդին և երկրորդ խմբի մետաղների հարաբերությանը, ապա դրանք դեռ քիչ են ուսումնասիրված», - գրում է Բեկետովը:

Բեկետովն ավելի լուրջ դժվարությունների հանդիպեց. Օրինակ՝ նրան հաջողվել է ZnCl2 լուծույթից ցինկը ալյումինով նվազեցնել, իսկ ZnSO4 լուծույթից՝ ձախողել։ Բացի այդ, ալյումինը «բացարձակապես չի վերականգնել երկաթը, նիկելը, կոբալտը, կադմիումը լուծույթներից»։ Բեկետովը դա բացատրեց նրանով, որ ալյումինը «գործում է հիմնականում ջրի վրա», և ենթադրում էր, որ այդ ռեակցիաները պետք է ընթանան ջրի բացակայության դեպքում՝ «չոր ճանապարհով»։ Իսկապես, հետագայում Բեկետովը հայտնաբերեց նման ռեակցիաներ և իրականում հայտնաբերեց ալյումինոթերմիան։

Մյուս դժվարությունն այն էր, որ որոշ մետաղներ դուրս են եկել տեսակարար կշռի կանոնից։ Այսպիսով, պղինձը (խտությունը 8.9) ակտիվության շարքում գտնվում է ոչ թե առաջ, այլ կապարից հետո (խտությունը 11.4 - Բեկետովի խտության արժեքները մի փոքր տարբերվում են ժամանակակիցներից): Նման «անոմալիան» ստիպեց Բեկետովին փորձել ավելի ակտիվ կապարը փոխարինել պակաս ակտիվ պղնձով։ Նա պղնձե թիթեղները դրեց կապարի քլորիդի տաք հագեցած լուծույթներում՝ չեզոք և թթվային, կապարի օքսիդի ամոնիակային լուծույթում, պղնձը տաքացրեց չոր օքսիդով և կապարի քլորիդով։ Բոլոր փորձարկումներն անհաջող էին, և Բեկետովը ստիպված էր ընդունել «նահանջը ընդհանուր կանոն«. Այլ «անոմալիաները» վերաբերում էին արծաթին (խտությունը 10.5) և կապարին, ինչպես նաև արծաթին և սնդիկին (խտությունը 13.5), քանի որ և՛ կապարը, և՛ սնդիկը նվազեցնում են «ավելի թեթեւ» արծաթը նրա աղերի լուծույթներից։ Բեկետովը սնդիկի հետ կապված անոմալիան բացատրել է նրանով, որ այս մետաղը հեղուկ է և, հետևաբար, նրա ակտիվությունն ավելի բարձր է, քան բխում է տեսակարար կշռի կանոնից։

Բեկետովն իր իշխանությունը տարածեց ոչ մետաղների վրա։ Օրինակ՝ քլորի (հեղուկ քլորի խտությունը 1,33), բրոմի (խտությունը 2,86), յոդի (խտությունը 4,54) շարքում ամենաթեթև տարրը միևնույն ժամանակ ամենաակտիվն է (ֆտորը Moissan-ը ստացել է միայն 20 տարի անց)։ Նույնը նկատվում է O, S, Se, Te շարքերում. թթվածինը ամենաակտիվն է և բավականին հեշտությամբ տեղափոխում է մնացած տարրերն իրենց միացություններից ջրածնի կամ ալկալիական մետաղի հետ:

Բեկետովը բացատրեց իր կանոնը մեխանիկայի հետ անալոգիայով. տեսակարար կշիռը կապված է մասնիկների զանգվածի (այսինքն՝ ատոմների) և պարզ նյութի միջև եղած հեռավորության հետ։ Իմանալով մետաղների խտությունը և նրանց հարաբերական ատոմային զանգվածները՝ կարելի է հաշվարկել ատոմների միջև հարաբերական հեռավորությունները։ Որքան մեծ է նրանց միջև հեռավորությունը, այնքան ավելի հեշտ է, ըստ Բեկետովի, քիմիական գործընթացներում ատոմները բաժանվում են։ Սա նաև կապված է տարբեր տարրերի փոխադարձ «հարազատության» և միացություններից միմյանց տեղահանելու ունակության հետ։ Հաշվարկելով տարբեր մետաղների ատոմների միջև հարաբերական հեռավորությունը և որպես ստանդարտ վերցնելով կալիումը, Բեկետովը ստացավ հետևյալ արժեքները՝ K - 100, Na - 80, Ca - 65, Mg - 53, Al - 43 և այլն մինչև պլատին։

Հետագա ամփոփումՔիմիական միացությունների հարաբերական ուժի վերաբերյալ Բեկետովի տեսությունը (մասնավորապես, որոշ տարրերի մյուսներին տեղահանելու ունակությունը կապված է դրա հետ) կարելի է գտնել Դ. Ի. Մենդելեևի «Քիմիայի հիմունքներ» դասագրքում (մեջբերված 1947 թվականի հրատարակությունից՝ օգտագործելով ժամանակակից տերմինաբանությունը). .. Պրոֆեսոր Ն. Ն. Բեկետովը իր «Հետաքննություններ ռեպրեսիայի երևույթների վերաբերյալ» աշխատության մեջ (Խարկով, 1865), առաջարկեց հատուկ վարկած, որը մենք կհայտարարենք գրեթե հեղինակի խոսքերով:

Ալյումինի օքսիդի համար Al2O3-ն ավելի ուժեղ է, քան AlCl3 և AlI3 հալոգենիդները: Օքսիդում հարաբերակցությունը Al: O = 112: 100, քլորիդի համար Al: Cl = 25: 100, յոդիդի համար Al: I = 7: 100: Արծաթի օքսիդի համար Ag2O (հարաբերակցությունը 1350: 100) ավելի քիչ դիմացկուն է, քան քլորիդը ( Ag: Cl = = 100: 33), իսկ յոդիդը ամենադիմացկունն է (Ag: I = 85: 100): Այս և նմանատիպ օրինակներից երևում է, որ առավել դիմացկուն են այն միացությունները, որոնցում միացնող տարրերի զանգվածները դառնում են գրեթե նույնը։ Ուստի մեծ զանգվածների ցանկություն կա միավորվել մեծերի հետ, իսկ փոքր զանգվածները՝ փոքրերի հետ, օրինակ՝ Ag2O + 2KI տալիս են K2O + 2AgI։ Նույն պատճառով, երբ բարձր ջերմաստիճաններ Ag2O, HgO, Au2O3 և նմանատիպ օքսիդները, որոնք կազմված են անհավասար զանգվածներից, քայքայվում են, մինչդեռ թեթև մետաղների, ինչպես նաև ջրի օքսիդները այդքան հեշտությամբ չեն քայքայվում։ Առավել ջերմակայուն օքսիդները՝ MgO, CaO, SiO2, Al2O3 մոտենում են զանգվածի հավասարության պայմանին։ Նույն պատճառով HI-ն ավելի հեշտ է քայքայվում, քան HCl-ը: Քլորը չի գործում MgO-ի և Al2O3-ի վրա, այլ գործում է CaO-ի, Ag2O-ի և այլնի վրա։

Հարազատությունների իրական հարաբերությունները հասկանալու համար,- եզրակացնում է Մենդելեևը,- քիմիական երևույթների մեխանիկական տեսության այն լրացումները, որ տալիս է Բեկետովը, դեռ բավական հեռու են: Այնուամենայնիվ, բազմաթիվ միացությունների հարաբերական ուժը բացատրելու նրա ձևով կարելի է տեսնել առաջնակարգ կարևոր հարցերի մի շատ հետաքրքիր դրույթ: Առանց նման փորձերի անհնար է ըմբռնել փորձառական գիտելիքների բարդ առարկաները։

Այսպիսով, չնսեմացնելու նշանավոր քիմիկոսի արժանիքները, պետք է ընդունել, որ թեև Ն. Թթուներից ջրածնի տեղահանման ռեակցիա և մետաղների գործունեության համապատասխան շարք. դրա մեխանիկական Քիմիական երևույթների տեսությունը մնաց քիմիայի պատմության մեջ որպես նրա բազմաթիվ փուլերից մեկը։

Ինչո՞ւ, ուրեմն, որոշ գրքերում Բեկետովին վերագրվում է մի բան, որը նա չի հայտնաբերել: Այս ավանդույթը, ինչպես շատ ուրիշներ, հավանաբար ի հայտ եկավ 1940-ականների վերջին և 1950-ականների սկզբին։ 20-րդ դարի, երբ ԽՍՀՄ-ում մոլեգնում էր «Արևմուտք բողոքելու» դեմ պայքարի արշավը, և հեղինակները պարզապես ստիպված էին գիտության մեջ բոլոր քիչ թե շատ նկատելի հայտնագործությունները վերագրել բացառապես հայրենի գիտնականներին, և նույնիսկ արտասահմանյան հեղինակների վկայակոչումը համարվում էր խռովություն: (այդ տարիներին էր, որ կատակում էին այն մասին, որ «Ռուսաստանը փղերի ծննդավայրն է»): Օրինակ, Մ.Վ.Լոմոնոսովին վերագրվել է էներգիայի պահպանման օրենքի բացահայտումը, որը հայտնաբերվել է միայն 19-րդ դարի կեսերին։ Ահա այդ ժամանակների գիտության պատմության ներկայացման կոնկրետ օրինակ. Վլադիմիր Օրլովի «Խիզախ մտքի մասին» գրքում (M.: Molodaya Gvardiya, 1953) էլեկտրաէներգիայի ոլորտում գյուտերը նկարագրված են հետևյալ բառերով. գյուտը ... Էդիսոնն Ամերիկայում ագահորեն սկսեց բարելավել ռուսական գյուտը ... Օտար գիտնականները հաշմանդամ են դարձնում ռուս ժողովրդի հանճարի ստեղծած էլեկտրական լամպը ... Ամերիկյան իմպերիալիստները խայտառակեցին էլեկտրաէներգիան ... Նրանց հետևից հարավսլավացի ֆաշիստները խայտառակեցին էլեկտրականությունը լույս ... «- և այլն, և այլն: Ժամանակների այդ վատ հիշողության առանձին արձագանքները, ըստ երևույթին, մնացել են որոշ դասագրքերում, և դրանք պետք է ոչնչացվեն: Ինչպես ասել է քիմիայի պատմաբաններից մեկը, «Լոմոնոսովն այնքան մեծ է, որ իրեն չվերագրի ուրիշների հայտնագործությունները»։

«Մոմը վառվում էր...»:

Մոմ վառելու ժամանակ նկատվող երեւույթներն այնպիսին են, որ բնության մի օրենք չկա, որի վրա այս կամ այն ​​կերպ չազդվի։

Մայքլ Ֆարադեյ. Մոմի պատմությունը

Այս պատմությունը «փորձարարական հետաքննության» մասին է։ Քիմիայի մեջ գլխավորը փորձն է։ Ամբողջ աշխարհի լաբորատորիաներում միլիոնավոր տարբեր փորձեր են կատարվել և շարունակվում են իրականացվել, բայց չափազանց հազվադեպ է, երբ պրոֆեսիոնալ հետազոտողը դա անում է այնպես, ինչպես անում են որոշ երիտասարդ քիմիկոսներ. իսկ եթե ինչ-որ հետաքրքիր բան պատահի: Ամենից հաճախ հետազոտողն ունի հստակ ձևակերպված վարկած, որը նա փորձում է հաստատել կամ հերքել փորձարարական եղանակով: Բայց հիմա փորձն ավարտված է, արդյունքը՝ ստացված։ Եթե ​​այն համաձայն չէ վարկածի հետ, ապա այն սխալ է (իհարկե, եթե փորձը ճիշտ է կազմված և այն մի քանի անգամ վերարտադրվում է): Իսկ եթե համաձայնվի՞։ Արդյո՞ք սա նշանակում է, որ վարկածը ճիշտ է, և ժամանակն է այն տեղափոխել տեսության կատեգորիա: Սկսնակ հետազոտողը երբեմն այդպես է մտածում, բայց փորձառուը չի շտապում եզրակացություններ անել, այլ նախ հաստատակամորեն մտածում է, թե արդյոք հնարավոր է այլ կերպ բացատրել ստացված արդյունքը։

Քիմիայի պատմությունը հազարավոր օրինակներ գիտի, թե ինչպես է նման «մտածելը» օգտակար։ Հաջորդ երեք պատմությունները պարզապես նվիրված են նրան, թե որքան վտանգավոր կարող է լինել հավատալը, որ «հաջող» փորձը ապացուցում է վարկածի ճիշտությունը: Երբեմն դասարանում նման փորձ են ցույց տալիս։ Փոքր փայտե կամ փրփուր շրջանակը թույլատրվում է լողալ ջրի ափսեի մեջ, որի վրա ամրացված է վառվող մոմ: Շրջված ապակե տարաը մոմով իջեցվում է շրջանագծի վրա և տեղադրվում այս դիրքում՝ ափսեի ներքևի մասում: Որոշ ժամանակ անց մոմը մարում է, և բանկայի մի մասը լցվում է ջրով։ Ենթադրվում է, որ այս փորձը ցույց կտա, որ օդի (թթվածնի) միայն հինգերորդն է աջակցում այրմանը: Իրոք, առաջին հայացքից թվում է, թե ջուրը բարձրացել է մոտ մեկ հինգերորդով, թեև ավելի ճշգրիտ չափումներ սովորաբար չեն կատարվում: Առաջին հայացքից փորձը պարզ է և բավականին համոզիչ. չէ՞ որ օդում թթվածինը իսկապես 21% է ծավալով։ Սակայն քիմիայի տեսանկյունից ամեն ինչ կարգին չէ։ Իրոք, մոմերը պատրաստվում են պարաֆինից, իսկ պարաֆինը բաղկացած է C բաղադրությամբ հագեցած ածխաջրածիններից։ nՀ2 n+2 18–35 ածխածիններով։ Այրման ռեակցիայի հավասարումը ընդհանուր ձևով կարելի է գրել հետևյալ կերպ. nՀ2 n +2 + (3 n+ 1)/2 O2 → n CO2 + ( n+ 1) H2O. Որովհետեւ nմեծ է, ապա թթվածնի դիմաց գործակիցը շատ մոտ է 1,5-ին n(համար n= 18 տարբերություն (3 n+ +1)/2 և 1.5 nկլինի 2%-ից պակաս, համար n= 30 դա կլինի նույնիսկ ավելի քիչ): Այսպիսով, սպառված 1,5 ծավալի թթվածնի համար արտազատվում է 1 ծավալ CO2: Հետևաբար, եթե նույնիսկ տարայի ամբողջ թթվածինը (այնտեղ ծավալով 0,21 է), ապա դրա փոխարեն այրվելուց հետո պետք է թողարկվի 0,21: 1,5 = 0,14 ծավալ ածխաթթու գազ։ Սա նշանակում է, որ ջուրն ընդհանրապես չպետք է լցնի բանկայի հինգերորդ մասը:

Բայց ճի՞շտ է արդյոք այս պատճառաբանությունը։ Ի վերջո, ածխաթթու գազը, ինչպես գիտեք, ջրի մեջ շատ լուծելի է: Միգուցե այդ ամենը «ջո՞ւրն ընկնի»: Սակայն այս գազի լուծարման գործընթացը շատ դանդաղ է ընթանում։ Դա ցույց են տվել հատուկ փորձերը՝ CO2-ով լցված շրջված տարայի մեջ մաքուր ջուրը գրեթե չի բարձրանում մեկ ժամում։ Մոմի հետ փորձը տևում է մեկ րոպեից պակաս, հետևաբար, նույնիսկ եթե թթվածինը ամբողջությամբ սպառված է, ջուրը պետք է անոթի մեջ մտնի իր ծավալի միայն 0,21 - 0,1 = 0,07 (մոտ 7%):

Բայց սա դեռ ամենը չէ: Պարզվում է, որ մոմը տարայի մեջ «այրում է» ոչ ամբողջ թթվածինը, այլ դրա մի փոքր մասը։ Օդի վերլուծությունը, որում մոմը մարել է, ցույց է տվել, որ այն դեռ պարունակում է 16% թթվածին (հետաքրքիր է, որ նորմալ մարդու արտաշնչման ժամանակ թթվածնի պարունակությունը նվազում է մոտավորապես նույն մակարդակի վրա): Սա նշանակում է, որ ջուրն ընդհանրապես չպետք է մտնի բանկա: Փորձը, սակայն, ցույց է տալիս, որ դա այդպես չէ։ Ինչպե՞ս բացատրել դա:

Ամենապարզ ենթադրությունը՝ վառվող մոմը տաքացնում է օդը, դրա ծավալը մեծանում է, և օդի մի մասը դուրս է գալիս բանկաից։ Տարայի օդը հովացնելուց հետո (դա տեղի է ունենում բավականին արագ), դրա մեջ ճնշումը նվազում է, և արտաքին մթնոլորտային ճնշման ազդեցության տակ ջուրը մտնում է բանկա։ Իդեալական գազերի օրենքին համապատասխան (իսկ օդը առաջին մոտավորությամբ կարելի է համարել իդեալական գազ), որպեսզի օդի ծավալն ավելանա 1/5-ով, նրա ջերմաստիճանը (բացարձակ) նույնպես պետք է ավելանա 1/5-ով, այսինքն՝ բարձրացնել 293 K-ից (20 ° C) մինչև 1,2 293 = 352 K (մոտ 80 ° C): Ոչ այնքան. Օդը մոմի բոցով տաքացնելը 60°-ով միանգամայն հնարավոր է։ Մնում է միայն փորձնականորեն ստուգել, ​​թե արդյոք փորձի ընթացքում օդը դուրս է գալիս բանկաից։

Առաջին փորձերը, սակայն, կարծես թե չհաստատեցին այս ենթադրությունը։ Այսպիսով, 0,45 լ ծավալով լայն բերանով բանկաով իրականացված մի շարք փորձերի ժամանակ բանկայի եզրի տակից օդի «կռկռոցի» նշաններ չեն եղել։ Եվս մեկ անսպասելի դիտարկում. ջուրը տարայի մեջ, մինչ մոմը վառվում էր, գրեթե ներս չմտավ։

Եվ միայն մոմը մարելուց հետո շրջված տարայի ջրի մակարդակը արագ բարձրացավ։ Ինչպե՞ս բացատրել դա:

Կարելի էր ենթադրել, որ մինչ մոմը վառվում է, բանկայի օդը տաքանում է, բայց դրա հետ մեկտեղ ոչ թե դրա ծավալն է մեծանում, այլ ճնշումը, որը թույլ չի տալիս ջուրը ներծծվել։ Այրումը դադարելուց հետո տարայի օդը սառչում է, ճնշումը նվազում է, ջուրը բարձրանում է։ Այնուամենայնիվ, այս բացատրությունը չի համապատասխանում. Նախ, ջուրը ծանր սնդիկ չէ, որը ճնշումների մի փոքր աճով օդը կպահի բանկաից դուրս պրծնելիս: (Սնդիկի կնիքը ժամանակին օգտագործվել է բոլոր ֆիզիկոսների և քիմիկոսների կողմից, ովքեր ուսումնասիրել են գազերը:) Իրոք, ջուրը 13,6 անգամ ավելի թեթև է, քան սնդիկը, և ջրի կնիքի բարձրությունը բանկայի եզրերի և ափսեի ջրի մակարդակի միջև փոքր է: . Հետեւաբար, նույնիսկ ճնշման փոքր աճը անխուսափելիորեն կհանգեցնի օդի «փրփրելու» փականի միջով:

Երկրորդ առարկությունն էլ ավելի լուրջ է. Նույնիսկ եթե ափսեի ջրի մակարդակը ավելի բարձր լիներ, և ջուրը բարձր ճնշման տակ տաքացած օդը չարձակեր բանկաից, ապա բանկայի օդը սառչելուց հետո նրա և՛ ջերմաստիճանը, և՛ ճնշումը կվերադառնան իրենց սկզբնական արժեքներին: Ուրեմն պատճառ չի լինի, որ օդը մտնի բանկա:

Հանելուկը լուծվեց փորձի ընթացքում միայն մի փոքրիկ դետալ փոխելով։ Սովորաբար սափորը «դրվում է» մոմի վերևում։ Այսպիսով, գուցե սա՞ է բանկում օդի տարօրինակ պահվածքի պատճառը։ Այրվող մոմը առաջացնում է տաքացած օդի հոսք դեպի վեր, և երբ սափորը վերևից շարժվում է, տաք օդը տեղափոխում է ավելի սառը օդը բանկաից մինչև բանկայի եզրը կպչի ջրին: Դրանից հետո բանկայի օդի ջերմաստիճանը, մինչ մոմը վառվում է, քիչ է փոխվում, ուստի օդը չի թողնում այն ​​(և նաև ներս չի մտնում): Իսկ տարայի մեջ տաք օդի այրման և սառեցման դադարեցումից հետո ճնշումը նկատելիորեն նվազում է, և արտաքին մթնոլորտային ճնշումը ջրի մի մասը քշում է տարայի մեջ։

Այս ենթադրությունը ստուգելու համար մի քանի փորձերի ժամանակ սափորը մոմի վրա «դնում էին» ոչ թե վերևից, այլ կողքից՝ անոթի ծայրով գրեթե դիպչելով բոցին, որից հետո արագ ներքև շարժումով սափորը. դրված էր ափսեի հատակին։ Եվ անմիջապես տարայի եզրից օդի փուչիկները սկսեցին արագորեն դուրս գալ: Բնականաբար, մոմի այրումը դադարեցվելուց հետո ջուրը ներծծվել է ներս՝ մոտավորապես նույն մակարդակի, ինչ նախորդ փորձերում:

Այսպիսով, մոմով այս փորձը ոչ մի կերպ չի կարող պատկերացնել օդի բաղադրությունը: Բայց նա կրկնում է իմաստուն ասացվածքմեծ ֆիզիկոս, թարգմանված էպիգրաֆում։

Ավելի մոտենալով հավասարակշռությանը...

Դիտարկենք փորձի ևս մեկ սխալ բացատրություն, որում տաքացվում են նաև գազերը։ Այս բացատրությունը գտել է իր ճանապարհը քիմիայի հայտնի հոդվածներում և նույնիսկ քոլեջի դասագրքերում: Այսպիսով, ընդհանուր քիմիայի մի շարք արտասահմանյան դասագրքերում նկարագրված է մի գեղեցիկ փորձ, որի էությունը կպատկերացնենք Նոել Ուեյթի «Քիմիական կինետիկա» դասագրքից մեջբերումով։ Հանգստանալու մեթոդ. Էյգեն մեթոդը, որի համար հեղինակը պարգեւատրվել է 1967 թ Նոբելյան մրցանակքիմիայում կոչվում է թուլացման մեթոդ: Արձագանքող համակարգը որոշակի պայմաններում հասնում է հավասարակշռության վիճակի: Այս պայմանները (ջերմաստիճանը, ճնշումը, էլեկտրական դաշտը) այնուհետև արագորեն խախտվում են՝ ավելի արագ, քան հավասարակշռությունը փոխվում է: Համակարգը կրկին հավասարակշռության մեջ է մտնում, բայց հիմա նոր պայմաններում. սա կոչվում է «հանգստանալ նոր հավասարակշռության դիրքում»: Մինչ ռելաքսը տեղի է ունենում, վերահսկվում է համակարգի որոշ հատկությունների փոփոխություն...

Ռելաքսացիայի ֆենոմենը ցուցադրող փորձ.

Որոշ դեպքերում նոր պայմաններում հավասարակշռության վիճակն այնքան դանդաղ է հաստատվում, որ կոնցենտրացիայի փոփոխությանը կարելի է հետևել սովորական լաբորատոր սարքավորումների օգնությամբ և այդպիսով նկատել թուլացման երևույթը։ Որպես օրինակ, դիտարկենք ազոտի երկօքսիդի (մուգ շագանակագույն գազ) անցումը դիմերի (անգույն գազ).

Ապակե գազի ներարկիչը լցրեք մոտավորապես 80 սմ3 գազով: Արագ սեղմեք ներարկիչի մխոցը և սեղմեք գազը մինչև 50–60 սմ3: Ստուգեք, որ գազի գույնը փոխվել է: Սկզբում տեղի կունենա գազի արագ մթնում, քանի որ NO2-ի կոնցենտրացիան կաճի, բայց հետո տեղի կունենա դանդաղ պայծառացում, քանի որ բարձր ճնշումնպաստում է N2O4-ի ձևավորմանը, և հավասարակշռությունը կհասնի նոր արտաքին պայմաններում:

Մի շարք դասագրքերում նման նկարագրություն է տրված Լե Շատելիեի սկզբունքը լուսաբանելու համար. գազի ճնշման ավելացման հետ հավասարակշռությունը տեղափոխվում է դեպի մոլեկուլների քանակի նվազում, այս դեպքում՝ դեպի անգույն N2O4 դիմերի: Տեքստն ուղեկցվում է երեք գունավոր լուսանկարով։ Դրանք ցույց են տալիս, թե ինչպես սեղմելուց անմիջապես հետո սկզբնական դեղնաշագանակագույն խառնուրդը դառնում է մուգ շագանակագույն, իսկ երրորդ լուսանկարում, որը արվել է մի քանի րոպեից, ներարկիչի գազային խառնուրդը նկատելիորեն պայծառանում է։

Երբեմն ավելացնում են, որ մխոցը պետք է հնարավորինս արագ սեղմել, որպեսզի հաշվեկշիռն այս ընթացքում ժամանակ չունենա շարժվելու։

Առաջին հայացքից այս բացատրությունը շատ համոզիչ է թվում։ Այնուամենայնիվ, ներարկիչի գործընթացների քանակական հետազոտությունը լիովին հերքում է բոլոր եզրակացությունները: Փաստն այն է, որ ազոտի երկօքսիդի NO2-ի և դրա դիմերի (ազոտի տետրոօքսիդ) N2O4-ի միջև նշված հավասարակշռությունը հաստատվում է չափազանց արագ՝ վայրկյանի միլիոներորդականում: Հետևաբար, անհնար է ներարկիչի գազը սեղմել ավելի արագ, քան այս հավասարակշռությունը հաստատված է: Եթե ​​անգամ պողպատե «ներարկիչում» մխոցը տեղափոխեք պայթյունի օգնությամբ, հավասարակշռությունը, ամենայն հավանականությամբ, ժամանակ կունենա հաստատվելու, քանի որ մխոցը շարժվում է իր իներցիայի պատճառով: Այլապես ինչպե՞ս կարելի է բացատրել այս փորձի ժամանակ նկատված երեւույթը։ Իհարկե, ծավալի նվազումը և գազերի կոնցենտրացիայի համապատասխան աճը հանգեցնում են գույնի մեծացման։ Բայց ոչ սա հիմնական պատճառը. Ով ձեռքի պոմպով փչել է հեծանիվի խողովակը, գիտի, որ պոմպը (հատկապես ալյումինե) շատ է տաքանում։ Պոմպի խողովակի վրա մխոցի շփումը ոչ մի կապ չունի դրա հետ. դա հեշտ է ստուգել՝ կատարելով մի քանի պարապ ճոճանակներ, երբ պոմպի օդը սեղմված չէ: Ջեռուցումն առաջանում է այսպես կոչված ադիաբատիկ սեղմման արդյունքում, երբ ջերմությունը ժամանակ չունի ցրվելու շրջակա տարածությունում: Սա նշանակում է, որ երբ ազոտի օքսիդների խառնուրդը սեղմվում է, այն նույնպես պետք է տաքանա։ Եվ երբ տաքացվում է, այս խառնուրդի հավասարակշռությունը խիստ փոխվում է դեպի երկօքսիդ:

Որքա՞ն տաք կլինի խառնուրդը սեղմելիս: Պոմպում օդի սեղմման դեպքում ջեռուցումը հեշտությամբ կարելի է հաշվարկել՝ օգտագործելով ադիաբատիկ հավասարումը. իդեալական գազ: Հեռուստացույցγ–1 = const, որտեղ Տգազի ջերմաստիճանն է (կելվիններով), Վնրա ծավալն է, γ = C p / CVմշտական ​​ճնշման տակ գտնվող գազի ջերմային հզորության հարաբերակցությունն է մշտական ​​ծավալի ջերմային հզորությանը: Միատոմային (ազնիվ) գազերի համար γ = 1,66, երկատոմայինի համար (նրանց պատկանում է նաև օդը) γ = 1,40, եռատոմային (օրինակ՝ NO2-ի համար) γ = 1,30 և այլն: Օդի ադիաբատիկ հավասարումը, որը սեղմվում է 1 ծավալից մինչև հատոր 2-ը կարող է վերաշարադրվել որպես Տ 2/ Տ 1 = (Վ 1/ Վ 2) γ–1. Եթե ​​մխոցը կտրուկ մղվում է դեպի պոմպի կեսը, երբ դրա մեջ օդի ծավալը կիսով չափ կրճատվում է, ապա սեղմումից առաջ և հետո ջերմաստիճանների հարաբերակցության համար մենք ստանում ենք հավասարումը. Տ 2/ Տ 1 = = 20,4 = 1,31: Եւ եթե Տ 1 \u003d 293 K (20 ° C), ապա Տ 2 = 294 K (111 ° C)!

Անհնար է ուղղակիորեն կիրառել գազի իդեալական հավասարումը սեղմումից անմիջապես հետո ազոտի օքսիդների խառնուրդի վիճակը հաշվարկելու համար, քանի որ այս գործընթացում ոչ միայն ծավալը, ճնշումը և ջերմաստիճանը փոխվում են, այլև մոլերի քանակը (NO2 N2O4 հարաբերակցությունը) ընթացքում: քիմիական ռեակցիան. Խնդիրը կարող է լուծվել միայն դիֆերենցիալ հավասարման թվային ինտեգրման միջոցով, որը հաշվի է առնում, որ շարժվող մխոցի կողմից յուրաքանչյուր պահի կատարվող աշխատանքը ծախսվում է մի կողմից խառնուրդի տաքացման վրա, իսկ մյուս կողմից՝ դիմերի դիսոցացիա. Ենթադրվում է, որ հայտնի են N2O4-ի դիսոցման էներգիան, երկու գազերի ջերմային հզորությունները, γ-ի արժեքը և հավասարակշռության դիրքի կախվածությունը ջերմաստիճանից (այս ամենը աղյուսակային տվյալներ են)։ Հաշվարկը ցույց է տալիս, որ եթե մթնոլորտային ճնշման և սենյակային ջերմաստիճանի գազերի սկզբնական խառնուրդը արագ սեղմվի մինչև ծավալի կեսը, ապա խառնուրդը կտաքանա ընդամենը 13 °C-ով։ Եթե ​​դուք սեղմում եք խառնուրդը մինչև ծավալի եռակի նվազում, ջերմաստիճանը կբարձրանա 21 ° C-ով: Եվ նույնիսկ խառնուրդի աննշան տաքացումը խիստ փոխում է հավասարակշռության դիրքը դեպի N2O4-ի դիսոցիացիա:

Եվ հետո պարզապես գազային խառնուրդի դանդաղ սառեցում է, որն առաջացնում է հավասարակշռության նույն դանդաղ տեղաշարժը դեպի N2O4 և գույնի թուլացում, որը նկատվում է փորձի ժամանակ։ Սառեցման արագությունը կախված է ներարկիչի պատերի նյութից, դրանց հաստությունից և շրջակա օդի հետ ջերմափոխանակման այլ պայմաններից, ինչպիսիք են սենյակի նախագծերը: Հատկանշական է, որ հավասարակշռության աստիճանական տեղաշարժով դեպի աջ, դեպի N2O4, ջերմության արտազատմամբ տեղի է ունենում NO2 մոլեկուլների դիմերիացում, ինչը նվազեցնում է խառնուրդի սառեցման արագությունը (նման է մեծ ջրամբարներում ջրի սառեցմանը: ձմռան սկիզբը թույլ չի տալիս, որ օդի ջերմաստիճանը արագ իջնի):

Ինչու՞ փորձարարներից ոչ մեկը չի զգացել ներարկիչի տաքացումը, երբ նրանք ներս են հրել մխոցը: Պատասխանը շատ պարզ է. Գազային խառնուրդի և ապակու (մեկ միավոր զանգվածի) ջերմային հզորությունները շատ չեն տարբերվում։ Բայց ապակե մխոցի զանգվածը տասնյակ, երբեմն էլ հարյուրավոր անգամ ավելի մեծ է, քան գազի զանգվածը։ Հետևաբար, եթե նույնիսկ հովացման գազային խառնուրդի ողջ ջերմությունը փոխանցվի ներարկիչի պատերին, այդ պատերը կջերմանան միայն մեկ աստիճանի մասով:

Գործնական նշանակություն ունի նաև ազոտի երկու օքսիդների միջև հավասարակշռություն ունեցող դիտարկվող համակարգը։ Ցածր ճնշման դեպքում NO2-ի և N2O4-ի խառնուրդը հեշտությամբ հեղուկանում է: Սա հնարավորություն է տալիս այն օգտագործել որպես արդյունավետ հովացուցիչ նյութ՝ չնայած բարձր քիմիական ակտիվությանը և սարքավորումների վրա քայքայիչ ազդեցությանը: Ի տարբերություն ջրի, որը ջերմային էներգիա ստանալիս, օրինակ, միջուկային ռեակտորից, շատ տաքանում է և կարող է նույնիսկ գոլորշիանալ, ջերմության փոխանցումը ազոտի օքսիդների խառնուրդին հանգեցնում է հիմնականում ոչ թե դրա տաքացման, այլ քիմիական ռեակցիայի՝ կոտրելու: N–N կապը N2O4 մոլեկուլում։ Իսկապես, նյութի մեկ մոլում (92 գ) N–N կապը կոտրելու համար առանց այն տաքացնելու պահանջվում է 57,4 կՋ էներգիա։ Եթե ​​այդպիսի էներգիան փոխանցվում է 92 գ ջրին 20 ° C ջերմաստիճանում, ապա 30,8 կՋ-ն կուղղվի ջուրը եռալու, իսկ մնացած 26,6 կՋ-ը կհանգեցնի մոտ 11 գ ջրի գոլորշիացման: Ազոտի օքսիդների դեպքում խառնուրդը շատ չի տաքանում, տեղակայման ավելի ցուրտ վայրերում շրջանառվող խառնուրդը փոքր-ինչ սառչում է, հավասարակշռությունը տեղափոխվում է դեպի N2O4, և խառնուրդը կրկին պատրաստ է ջերմություն ընդունելու։

Մետաղների էլեկտրաքիմիական ակտիվության շարք (լարման միջակայք, ստանդարտ էլեկտրոդների պոտենցիալների շարք) - հաջորդականությունը, որով մետաղները դասավորված են իրենց ստանդարտ էլեկտրաքիմիական պոտենցիալները φ 0 մեծացնելու կարգով, որը համապատասխանում է մետաղի կատիոնների կրճատման կիսարեակցիային Me n+ : Me n+ + nē → Me

Մի շարք լարումներ բնութագրում են մետաղների համեմատական ​​ակտիվությունը ջրային լուծույթներում ռեդոքսային ռեակցիաներում։

Պատմություն

Մետաղների հաջորդականությունը իրենց քիմիական ակտիվության փոփոխության կարգով ընդհանուր առումովարդեն հայտնի է ալքիմիկոսներին։ Որպես տարրերի փոխակերպման դրսևորում դիտարկվել են լուծույթներից մետաղների փոխադարձ տեղաշարժման և դրանց մակերեսային տեղումների (օրինակ՝ արծաթի և պղնձի տեղաշարժը նրանց աղերի լուծույթներից երկաթով)։

Ավելի ուշ ալքիմիկոսները մոտեցան հասկանալու մետաղների փոխադարձ տեղումների քիմիական կողմը դրանց լուծույթներից։ Այսպիսով, Անգելուս Սալան իր Anatomia Vitrioli-ում (1613) եկել է այն եզրակացության, որ արտադրանքը քիմիական ռեակցիաներբաղկացած են նույն «բաղադրիչներից», որոնք պարունակվում էին սկզբնական նյութերում։ Այնուհետև, Ռոբերտ Բոյլը առաջարկեց վարկած այն պատճառների մասին, թե ինչու է մի մետաղը մյուսը տեղահանում լուծույթից՝ հիմնված կորպուսուլյար պատկերների վրա:

Դասական քիմիայի ձևավորման դարաշրջանում միացություններից միմյանց տեղափոխելու տարրերի կարողությունը դարձավ ռեակտիվության ընկալման կարևոր ասպեկտ։ Ջ.Բերզելիուսը, հիմնվելով մերձավորության էլեկտրաքիմիական տեսության վրա, կառուցել է տարրերի դասակարգում՝ դրանք բաժանելով «մետալոիդների» (այժմ օգտագործվում է «ոչ մետաղներ» տերմինը) և «մետաղների» և նրանց միջև դնելով ջրածին։

Մետաղների հաջորդականությունը՝ ըստ միմյանց տեղաշարժվելու ունակության, որը վաղուց հայտնի էր քիմիկոսներին, հատկապես մանրակրկիտ և համակողմանիորեն ուսումնասիրվել և լրացվել է Ն. Ն. Բեկետովի կողմից 1860-ականներին և հետագա տարիներին: Արդեն 1859 թվականին նա Փարիզում հանդես է եկել զեկույցով «Որոշ տարրերի այլոց կողմից տեղաշարժման երևույթների ուսումնասիրություն» թեմայով։ Այս աշխատության մեջ Բեկետովը ներառել է մի շարք ընդհանրացումներ տարրերի փոխադարձ տեղաշարժի և դրանց ատոմային քաշի փոխհարաբերությունների վերաբերյալ՝ կապելով այդ գործընթացները «. տարրերի սկզբնական քիմիական հատկությունները, ինչը կոչվում է քիմիական կապ» . Բեկետովի հայտնագործությունը ջրածնի միջոցով մետաղների տեղաշարժման մասին իրենց աղերի լուծույթներից ճնշման տակ և ալյումինի, մագնեզիումի և ցինկի նվազեցնող ակտիվության ուսումնասիրությունը բարձր ջերմաստիճաններում (մետալոթերմա) թույլ տվեցին նրան վարկած առաջ քաշել ոմանց ունակության փոխհարաբերության մասին։ տարրեր՝ միացություններից մյուսներին իրենց խտությամբ տեղահանելու համար պարզ նյութերի վիճակի է տեղահանել ավելի ծանրները (հետևաբար, այս շարքը հաճախ կոչվում է նաև Բեկետովի տեղաշարժի շարք, կամ պարզապես Բեկետովի շարք).

Չժխտելով Բեկետովի նշանակալի արժանիքները մետաղների գործունեության քանակի վերաբերյալ ժամանակակից պատկերացումների մշակման մեջ, պետք է սխալ համարել, որ գերակշռում է հայրենական հանրաճանաչ և. ուսումնական գրականությունՆրա՝ որպես այս շարքի միակ ստեղծողի գաղափարը: 19-րդ դարի վերջին ստացված բազմաթիվ փորձարարական տվյալներ հերքեցին Բեկետովի վարկածը։ Այսպիսով, Ուիլյամ Օդլինգը նկարագրել է «գործունեության հակադարձման» բազմաթիվ դեպքեր։ Օրինակ՝ պղինձը տեղահանում է թիթեղը SnCl 2-ի խտացված թթվացված լուծույթից և կապարը՝ PbCl 2 թթվային լուծույթից; այն նաև ունակ է լուծվել խտացված աղաթթվի մեջ՝ ջրածնի արտազատմամբ։ Պղինձը, անագը և կապարը գտնվում են կադմիումից աջ շարքում, սակայն դրանք կարող են տեղահանել այն եռացող մի փոքր թթվացված CdCl 2 լուծույթից:

Տեսական և փորձարարական ֆիզիկական քիմիայի արագ զարգացումը մատնանշեց մետաղների քիմիական ակտիվության տարբերությունների ևս մեկ պատճառ։ Էլեկտրաքիմիայի ժամանակակից հասկացությունների մշակմամբ (հիմնականում Վալտեր Ներնստի աշխատություններում) պարզ դարձավ, որ այս հաջորդականությունը համապատասխանում է «լարումների շարքին»՝ մետաղների դասավորությանը ըստ ստանդարտ էլեկտրոդների պոտենցիալների արժեքի։ Այսպիսով, որակական բնութագրի փոխարեն՝ մետաղի և նրա իոնի «հակումը» դեպի որոշակի ռեակցիաներ, Ներստը ներկայացրեց ճշգրիտ քանակական արժեք, որը բնութագրում է յուրաքանչյուր մետաղի իոնների տեսքով լուծույթ անցնելու, ինչպես նաև իոններից իջեցվելու ունակությունը։ էլեկտրոդի վրա իոններ դեպի մետաղ, և անվանվեց համապատասխան շարքը մի շարք ստանդարտ էլեկտրոդների պոտենցիալներ.

Տեսական հիմք

Էլեկտրաքիմիական պոտենցիալների արժեքները բազմաթիվ փոփոխականների ֆունկցիա են և, հետևաբար, ցույց են տալիս բարդ կախվածություն պարբերական համակարգում մետաղների դիրքից: Այսպիսով, կատիոնների օքսիդացման ներուժը մեծանում է մետաղի ատոմացման էներգիայի ավելացմամբ, նրա ատոմների ընդհանուր իոնացման ներուժի ավելացմամբ և նրա կատիոնների հիդրացման էներգիայի նվազմամբ։

Ամենաընդհանուր ձևով պարզ է, որ ժամանակաշրջանների սկզբում մետաղները բնութագրվում են էլեկտրաքիմիական պոտենցիալների ցածր արժեքներով և տեղ են զբաղեցնում լարման շարքի ձախ կողմում: Միևնույն ժամանակ, ալկալիական և հողալկալիական մետաղների հերթափոխն արտացոլում է անկյունագծային նմանության ֆենոմենը։ Ժամանակաշրջանների կեսին ավելի մոտ գտնվող մետաղները բնութագրվում են մեծ պոտենցիալ արժեքներով և տեղեր են զբաղեցնում շարքի աջ կեսում: Էլեկտրաքիմիական պոտենցիալի հետևողական աճ (-3,395 Վ-ից Eu 2+ /Eu զույգի համար [ ] մինչև +1,691 V Au + /Au զույգի համար) արտացոլում է մետաղների վերականգնող ակտիվության նվազում (էլեկտրոններ նվիրելու ունակություն) և նրանց կատիոնների օքսիդացման ունակության բարձրացում (էլեկտրոններ կցելու ունակություն): Այսպիսով, ամենաուժեղ վերականգնող նյութը եվրոպիում մետաղն է, իսկ ամենաուժեղ օքսիդացնողը՝ ոսկու կատիոնները Au+։

Ջրածինը ավանդաբար ներառված է լարման շարքում, քանի որ մետաղների էլեկտրաքիմիական պոտենցիալների գործնական չափումը կատարվում է ստանդարտ ջրածնի էլեկտրոդի միջոցով:

Մի շարք լարումների գործնական օգտագործում

Գործնականում օգտագործվում են մի շարք լարումներ՝ աղերի և թթուների ջրային լուծույթների հետ ռեակցիաներում մետաղների քիմիական ակտիվության համեմատական ​​[հարաբերական] գնահատման և էլեկտրոլիզի ընթացքում կաթոդային և անոդային գործընթացները գնահատելու համար.

• Ջրածնից ձախ կողմում գտնվող մետաղներն ավելի ուժեղ վերականգնող նյութեր են, քան աջ կողմում գտնվող մետաղները. նրանք վերջիններս տեղահանում են աղի լուծույթներից: Օրինակ՝ Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu փոխազդեցությունը հնարավոր է միայն առաջի ուղղությամբ։
• Ջրածնի ձախ շարքում գտնվող մետաղները տեղաշարժում են ջրածինը, երբ փոխազդում են չօքսիդացող թթուների ջրային լուծույթների հետ. ամենաակտիվ մետաղները (մինչև և ներառյալ ալյումինը) և ջրի հետ փոխազդելու ժամանակ:
• Ջրածնի աջ շարքում գտնվող մետաղները նորմալ պայմաններում չեն փոխազդում չօքսիդացող թթուների ջրային լուծույթների հետ։
• Էլեկտրոլիզի ժամանակ ջրածնի աջ կողմում գտնվող մետաղները ազատվում են կաթոդում. չափավոր ակտիվության մետաղների կրճատումն ուղեկցվում է ջրածնի արտազատմամբ. առավել ակտիվ մետաղները (մինչև ալյումին) նորմալ պայմաններում չեն կարող մեկուսացվել աղերի ջրային լուծույթներից։

Մետաղների էլեկտրաքիմիական պոտենցիալների աղյուսակ

Մետաղ	Կատիոն	φ 0, Վ	Ռեակտիվություն	Էլեկտրոլիզ (կաթոդում).
	Լի +	-3,0401	արձագանքում է ջրի հետ	ջրածինը ազատվում է
	Cs +	-3,026
	Rb+	-2,98
	K+	-2,931
	F+	-2,92
	Ra2+	-2,912
	Ba 2+	-2,905
	Sr2+	-2,899
	Ca2+	-2,868
	ԵՄ 2+	-2,812
	Na+	-2,71
	Sm 2+	-2,68
	Md2+	-2,40	փոխազդում է թթուների ջրային լուծույթների հետ
	Լա 3+	-2,379
	Y 3+	-2,372
	Mg2+	-2,372
	Ce 3+	-2,336
	Պր 3+	-2,353
	Nd 3+	-2,323
	Եր 3+	-2,331
	Ho 3+	-2,33
	Tm3+	-2,319
	Sm 3+	-2,304
	Ժամը 3+	-2,30
	Fm 2+	-2,30
	Dy 3+	-2,295
	Lu 3+	-2,28
	Tb 3+	-2,28
	Gd 3+	-2,279
	Es 2+	-2,23
	AC 3+	-2,20
	Dy 2+	-2,2
	Ժամը 2+	-2,2
	cf2+	-2,12
	Sc 3+	-2,077
	Ես 3+	-2,048
	սմ 3+	-2,04
	Pu3+	-2,031
	Եր 2+	-2,0
	Պր 2+	-2,0
	ԵՄ 3+	-1,991
	Lr 3+	-1,96
	cf 3+	-1,94
	Es 3+	-1,91
	Th4+	-1,899
	Fm 3+	-1,89
	Np 3+	-1,856
	Եղիր 2+	-1,847
	U 3+	-1,798
	Ալ 3+	-1,700
	Md 3+	-1,65
	Ti 2+	-1,63		մրցակցող ռեակցիաներ՝ և՛ ջրածնի էվոլյուցիան, և՛ մաքուր մետաղի էվոլյուցիան
	hf 4+	-1,55
	Zr4+	-1,53
	Pa 3+	-1,34
	Ti 3+	-1,208
	Yb 3+	-1,205
	ոչ 3+	-1,20
	Ti 4+	-1,19
	Mn2+	-1,185
	V2+	-1,175
	Nb 3+	-1,1
	Nb 5+	-0,96
	V 3+	-0,87
	Cr2+	-0,852
	Zn2+	-0,763
	Cr3+	-0,74
	Ga3+	-0,560